CN1033877A - 摇杆式测压仪 - Google Patents

Abstract

一种承压式的测压仪，它有一个自稳定的摇杆对 称一个主中心线，用来测量加到测压仪上的载荷力。 安装在摇杆中间部分圆周上的应变仪用来测量与载 荷力相对应的压缩力。另外还提供一种称量设备，它 包括一个具有传递载荷的水平面的桥架，这些平面安 置在一些自稳定的摇杆测压仪上，而测压仪由底面来 支撑。

Description

本发明是关于称量重型载荷所使用的应变测压仪以及采用测压仪的秤量设备。

在卡车和铁路车辆秤量中使用应变测压仪，同时在工业生产中也用来秤量料斗和箱罐的重量。用来支承所称量物体的平台或支架由几个测压仪支撑，这些测压仪安置在平台或支架下面的底板上，而从各个测压仪发出的电子信号加起来就可得到与所称重量的总重成比例的信号或指示。

用测压仪可以在其检测方向测得精度很高的力量，但对于横向力和偏心载荷来说就要造成测压信号的误差。当卡车开到平台磅秤上去的时候以及在刹车或加速的时候都会引起横向力和偏心载荷，另外由于太阳直晒和/或环境温度而引起平台温度变化时也会使磅秤平台产生热膨胀，平台在负载下产生变形，这些也都会引起横向力和偏心载荷。

自从30多年前开始将应变测压仪用于磅秤上以来，设计者和发明家们就试图消除这种横向力和偏心载荷所产生的不利影响。

美国专利No.2，962，276中所讲的平台式磅秤采用圆柱形压缩式测压仪，球面的端头与平台和支撑结构的球面承窝表面相配合。在磅秤上还装有隔板以保持平台和支撑结构的相对位置。球面的承窝可以补偿安装时所产生的误差，而隔板可以承受卡车开进平台磅秤时所引起的侧向力。不过，测压仪端面和与其相配合的球面承窝表面之间的滑动磨擦，当平台和支撑结构之间相对位置发生变化时，就会在测压仪上产生弯曲应力。在称量的载荷作用下平台所产生的变形以及热膨胀都会引起上述这样的位置变化，同时会引起测压仪测量信号的误差，而这种误差是无法纠正的。因此，这一专利所提到的磅秤不能在正常操作条件下得到准确的称量数据。

美国专利No.3，164，014中所讲的测压仪，有一个受压的圆柱安装在一个刚性的机体中，并装有隔板用来防止侧向力作用到测压仪的测量部位上。此外，还有应变传感器安装在一点上，从而可以消除偏心载荷的影响。当侧向力不大的时候，这种测压仪工作得还是很好的，但是负载必须通过轴承或其它装置加到磅秤上，这样做的目的是要克服户外安装的大型平台磅秤因受外界温度影响而产生尺寸变化时所引起的横向力。这样，就增加了整个磅秤的价格和复杂性。

美国专利No.3，736，998中所讲的一种施力装置是为美国专利No.3，164，014所讲的测压仪设计的。这一施力装置的动作象一个振摆，可以使平台相对于测压仪的移动只在测压仪上产生很小的残余侧向力。这种结合物可以很好地工作，并且已经广泛地得到应用，但是这是一种花钱较多的解决办法。

美国专利No.4，162，628是美国专利No.3164014中所讲测压仪的另一个方案，但是它用了一个剪切传感器来替代受压缩的圆柱，从而减小了对于横向力和偏心载荷的敏感性。既使是这样的测压仪也无法直接处理大的尺寸变化，但是它也许能够用聚四氟乙烯塑料加润滑的滑板来替代滚珠轴承。

瑞典专利No.366116中所讲的是一种由特殊性能的测压仪与自稳定摇杆装置组合在一起的装置。该测压仪具有一种敏感性，它可以在载荷作用中心偏离对称中心时进行线性的增加，而在合力偏离垂直方向的时候进行线性的减小。该专利讲到如何能够把测量误差减小到零，也就是适当地选择摇杆的半径和高度。该专利还提到，测压仪能够做为摇杆装置的一部分，但是该专利没有公布任何这种整体结构的内容。因为值得怀疑的是这种整体结构在实践中是否能够得到可以接受的精确度，因为当测压仪与摇杆装置成为一个整体的时候，就不会有垂直于上述测压仪测量中心线的任何分力，因此也就不会有任何补偿误差的作用，而这正是该专利所要求的。实事上，该专利的所有者只出售过单体的测压仪/摇杆体的组合件，而从未做为一个整体出售，这也进一步表明，整体结构是不能工作的。

美国专利No.4，248，317所讲的是美国专利No.3，736，998中振摆装置的另一个方案。如同美国专利No.3，164，013或美国专利No.4，162，628那样，有一个受压式的测压仪安装在一个刚性机体中，顶端有一个隔板。在隔板上面装有一个承载部件，它上端的球面与一个平板承载面相接触，刚性机体的下端也具有球形表面，它与平板支撑面相接触。如果负载的平台产生移动或者它的尺寸相对于支撑结构发生了变化，那么测压仪机体就会在两个平板表面之间进行实质上无磨擦的滚动。但是，这一滚动将会使测压仪的中心线与垂直线有所偏斜，从而产生一个分力使测压仪上部的承载部件产生扭转，使隔板变成S形。承载部件的变形将使测压仪上产生一个横向分力，使输出的信号出现所不希望的误差，而这是违背该专利的原理的，所以说，这种设计也是又贵又笨。

本发明的主要目的是要解决重工业中称量设备由于温度影响所引起的测压仪上的侧向力的问题。

本发明的另一个目的是要提供一种既简单又便宜的精度很高的测压仪。

本发明的再一个目的是要利用既简单又便宜的测压仪使称量系统对于尺寸变化和横向力所引起的误差具有固有的不敏感性，而不需要在测压仪与称量设备之间使用任何昂贵的承载装置。

本发明的其它目的及其优点将在随后的说明中指出，其中有一些通过说明就明白了，也可以通过本发明的实施而得以学到。本发明的目的和优点可以通过所附权利要求中专门指出的手段和组合方式来予以实现和得到。

为了达到上述的目的，按照本发明所说明的目标，本发明的称量装置包括：一个承压式测压仪，它实质上是一个伸长的哑铃形状的圆柱，其长度是预先确定的并且上下具有凸出表面，中间部分以圆柱的主中心线为对称轴;应变仪装置就装在圆柱的中间部分以测量压缩力;还有密封装置用来防止水份和其他环境影响进入应变仪装置中;以及连接应变仪装置与密封装置外线路的电气接线部分。

承压式测压仪是这样制做的，它的下部凸面是第一个球面的表面部分，该球面具有第一个半径，这第一个球面具有位于主中心线上的第一个圆心，它的上部凸面是第二个球面的表面部分，第二个球面具有位于主中心线上的第二个圆心，第一个半径与第二个半径之和大于圆柱的预定长度，因此，当测压仪被安置在两个基本水平的平面的时候，它将是自稳定的，另外，那个应变仪装置安置在中间部分的中部，位于第一个圆心和第二个圆心之间，并且与主中心线相垂直，以便测量圆柱周围的压缩力。

本发明的设计取得了几十年来测压仪设计者所寻求的结果：那就是一种基本上能够消除横向力和偏心载荷的不利影响的测压仪。

下面是对附图的说明：

图1所示是本发明的摇杆式测压仪推荐实施例部分剖面的侧视图;

图2所示是一个侧视示意图表示各种力与回复力矩的关系;

图3所示是本发明的称量设备的侧视图;

图4所示是图3的称量设备的顶视图，局部是剖面;

图5A-5C所示是本发明的称量设备的侧视图，这些都是针对使用中普遍出现的问题的情况。

图6A-6C所示是各种不同形状的测压仪中间部分剖面的顶视图，这些形状都是与本发明有关的;

图7所示的图解表示沿测压仪截面圆周的应力的计算机分析结果，该测压仪在载荷作用力的对称中心呈圆形柱状;

图8所示是应变仪的一个推荐实施例;

图9所示是图8中的应变仪在惠斯登电桥中的接线图;

图10和图12表示应变仪的两个实施例方案;

图11和图13分别表示图10和图12所示应变仪在惠斯登电桥中的接线系统图。

现在参照附图对本发明的推荐实施例进行详细的说明。

如图1所示，本发明的测压仪10是一个长形的哑铃形状的圆柱，它形成一个自稳定的摇杆。摇杆是一个具有圆形或球形端面的圆柱体，这个摇杆在两个平行面之间，在两个平面相对移动的时候，这个摇杆起到滚珠或滚柱的作用。当两个曲面的半径之和大于圆柱长度时，这个摇杆是自稳定，这一点将在下面作更加详细的说明。测压仪可以用不锈钢或其他某种合金钢制造，目前多数测压仪是用这些材料制做的。刚性较好的上部13具有凸出的上表面20用来承受负载。凸出的上端表面20是假想圆球面的一部分，球的中心在测压仪10的垂直主中心线上，其半径大于或等于测压仪摇杆10总长度的一半。在该推荐的实施例中，中间部分11是一个圆柱形体，通过圆滑的过渡部分与两个大头部分相连接，形成哑铃状。作用在上端部分13上的负载力使中间部分11承受压缩应力。由一个刚性较好的对称的下端部部分12来支承那个中间部分11。下端部分12也具有凸出的下表面21，也象上端球面20那样，这个下表面也代表一个球面的一部分，该球的半径至少等于测压仪10摇杆总长度的一半。中间部分11装有一个应变仪装置34，它在圆周上呈应变仪30的形状，还装有温度传感器31和线性仪表32，这些将在下面进一步说明。

现在参看图3和图4，图上所示是使用几个测压仪10的称量设备40。磅秤的桥架41具有一个上表面42用来接受所称量的载荷;此外还有几个水平的底面43用来将载荷传到支撑磅秤桥架41的几个测压仪10上。每一个测压仪10支撑一个下底面43，而在下面立在刚性的水平底板44上。如图3所示，安装在磅秤桥架41每一个拐角那里的测压仪10各自支撑着桥架41。除此以外不需要任何别的支撑件，尽管可以采用多于四个测压仪。为了限制磅秤桥架41的移动，在桥架41的周围安装了一些缓冲器45。当有侧向力作用到磅秤桥架41上的时候，比如当卡车开到桥架41上去的时候，这些缓冲器45就会限制桥架41的移动。由于每一个测压仪10的球面20，21的半径都大于每一测压仪10总长度的一半，所以测压仪10具有自稳定和自定心的摇杆作用。因此没有必要增加什么部件，如抗挠板之类来支撑或定位磅秤桥架41或测压仪10。那些缓冲器45只是用来防止由于水平力的作用而使整个桥架从其平衡位置移动得过远，当水平力小于测压仪摇杆的定心作用力以后，这些缓冲器就不再与桥架41接触。

下面参照图2来说明摇杆测压仪的功能，图2所示是测压仪在其主中心线上的剖面图。测压仪的高度为H，由于受到桥架41热膨胀的影响而使上测面43相对于下平面44产生位移的结果，摇杆对于垂直中心线有一个倾角α。作用在测压仪上的载荷的垂直分力用F表示，并且作用在测压仪和上平面43之间的接触点上。有一个大小相同、方向相反的垂直反作用力F′在测压仪和下平面44之间的接触点上作用在测压仪上。

测压仪的上端面是半径为R₂的球面的一部分，它的球15在主中心线上。测压仪的下端面是半径为R₁的另一个球面的一部分，其球心也在主中心线上。从图2中可以直接看出，作用力F和反作用力F′之间的水平距离d等于：

d＝（R₁+R₂-H）Sinα

这一对大小相等的力 F和F′相距一个距离d，因此产生一个回复力矩M_R：

M_R＝F·d＝F（R₁+R₂-H）Sinα

这一力矩M_R的方向是阻止测压仪的倾斜，并且通过测压仪与上下平面43，44之间的磨擦，这个力矩M_R可以阻止上平面43和下平面44之间所产生的相对位移。从图2可以清楚地看到，当测压仪倾斜的时候，上下平面43，44之间的垂直距离H′将变为：

H′＝R₁+R₂-（R₁+R₂-H）Cosα

在实际磅秤操作中，倾斜角α总是很小的，而当α值较小时，可以假定Cosα＝1，因此，在实际应用中可取：

H′＝H

从而作用在磅秤平台上的回复力F_R等于：

F_R＝M_R/H＝（R₁/H+R₂/H-1）Sinα

由于摇杆在平面43，44上滚动时不产生滑动，所以对于某一个倾斜角α（以弧度计）来说，上平面43相对于下平面44的总的横向位移D等于：

D＝R₁α+R₂α-（R₁+R₂-H）Sinα

在实际的磅秤系统中，α总是很小的，而当α较小时，我们可以假定Sinα＝α，从而得到：

D＝Hα

从上面所列的公式中可以看出，回复力以及称量系统的横向稳定性可以通过改变R₁/H和R₂/H进行任意选择。对于某一给定的最大位移来说，改变高度H就可以改变倾斜角的大小。在所有应用测压仪的情况中，接触点上的应力必须控制在实际的限度内。在上述测压仪上这一点是容易做到的，因为可以把测压仪端部球面的半径做得足够大而不会对回复力产生不利的影响。

上面的分析已经表明，作用在测压仪摇杆上的唯一的水平分力是回复力，它可以由设计者预先确定。上平面43的横向移动只能产生滚动磨擦，这与一般刚性安装的测压仪上所作用的力相比是可以忽略不计的。另外一方面，由于测压仪摇杆要有所倾斜，因此还不清楚是否可能配置应变仪以使其输出信号能够精确测量在任何倾角下的垂直力F。进一步的分析表明，这个应变仪配置问题是可以按照下列方式加以解决的。

当一个图1所示的对于主中心线的测压仪受到一个沿主中心线作用的压缩载荷时，在垂直于主中心线的任何一个横截面上的应力是恒定不变的，它距离端部区域足够远，可以避免产生端部效应。不过，当压缩力作用方向与主中心线相交一个角度时，这就不行了。

当测压仪倾斜如图2所示的时候，在测压仪上只有一个截面上的应力分布是恒定的。在图2上，这一截面是用水平点线S来表示，这条线在两个半径为R₁和R₂的球面的中心之间，在测压仪的中部与主中心线相交。在这一截面上，由力F和相等的反作用力F′所产生的压缩应力的合力将通过这一截面的中心，并且与其垂直，因此在这一截面上这个应力是恒定的。当倾斜角改变的时候，在所有点上应力都相同的那个截面仍然保持水平，因此它好象要围绕通过两个球面R₁和R₂的中心之间的中点的轴进行倾翻，并且垂直于这个倾翻面。当倾斜角度等于零的时候，应力恒定的那个截面将垂直于测压仪的主中心线。在图2中，这个截面用一条实线来表示，并被称作“对称应力中心”。

如果在测压仪倾斜的时候，测量由“对称应力中心”所限定的圆周上的应力，人们会发现并不是所有各点上的应力都具有同样的数值，但是，人们可以指望所测出的应力之间的符号和大小的区别以及在应力恒定的水平截面上的应力，将与实际和理想测量点之间的距离大小成比例。这就是说，如果把由“对称应力中心”所限定的圆周上的很多点的测量值相加起来，就可以得到相同的数值，就象把应力相等的圆周上角度位置相同的那些测量值相加起来一样。因此，我们有办法来正确地测量，而不受倾斜角的影响。

利用“有限元法”用计算机对应力进行分析，已经证实了上述假设。这种计算机分析的结果示于图7中，在中心那个圆C_A上的数据代表当测压仪倾斜角等于零的时候，围绕对称应力中心各个不同点上所测得的垂直表面应变。对于垂直的测压仪来说，在圆C_A上所有各点上所测得的表面应变值几乎是一样的。在另外两个圆C_B和C_C上的数值代表测压仪分别向左和向右倾斜时，在同样位置上所测得的垂直表面应变。在这三种情况下，两个径向相对的应变值之和都是一样的，这就证明，在任何倾斜角度下都可以精确地测量力F的大小，如果应变仪的配置能够汇集“对称应力中心”周围的应力的话。

图6A，6B和6C所示是测压仪立柱的三种不同的断面及应变仪30的配置。图6A所示是具有圆柱形断面的测压仪立柱，而图6B是具有方形断面的测压仪立柱。在这两种情况下，都有四个应变仪对称地布置在测压仪主中心线的周围，它们可以在任意倾斜角度下正确地测量力F的大小，测压仪可以在任何方向倾斜，只要应变仪安装在对称应力的中心上并且在径向方向上相互对正。这是可能的，因为在这些径向相对的两点上的应力平均值等于倾斜角度为零时这两点上的应力。图6C所示是具有H形断面的测压仪立柱，在梁腹中心上只安装了两个应变仪30，这是普通测压仪所采用的一般结构型式。如果应变仪安装在对称应力的中心上，并且相互对正，那么就也可以进行正确的测量，因为两个应变仪靠近断面的中心。

至此我们都假定上平面43和下平面44    是水平的。在实际安装的设备上，下平面44可以很精确地进行调整，但是上平面43是不能调的，因此就会有一定的误差存在。当磅秤加载荷以后，平台会产生变形如图5B所示，因此，上平面43还会进一步倾斜，现在再参照图2，可以看出，上平面43的倾斜将会使上平面那里的接触点离开图2所示的位置，从而对称应力中心将会相应地从图上所示的位置向上或向下移动。

实际上在水平面上的偏差是很小的。在典型的技术性能要求中，不对正和变形的总和不超过0.2度，而在任何一种测压仪磅秤设备上，上平面倾斜的绝对上限为0.5度。按照图6A和图6B所示布置的应变仪可以进行精确的测量，既使是上平面43具有那么大的倾斜角度，从而引起应变模式有一些小的不对称的时候，这是因为应变的总和是把通过测压仪圆柱的两个正交平面上的应变相加起来。不过，如果上平面43围绕平行于图纸平面和平行于“H”的翼缘的轴线倾翻的话，图6C所示的布置就不好用了，因为这时应力模式的中心将从两个应变仪移开，从而就没有径向相对的应变仪来补偿应力模式中心的移动，如图6A和图6B中所存在的那样。因此，图6C所示的这种测压柱尤其不适用于摇杆式测压仪。

图2表明，当上下两个球面的半径不相同的时候，那个对称应力中心并不在测压仪中心所在的相同位置上，如点线M所示。在实际中，最好是把应变仪安装在测压仪的中心上，因为这个位置是应力模式受端部效应最小的一个位置。只有当上下两个球面的半径相等（R₁＝R₂）的时候，那个对称应力中心才会处于测压仪的中心上。这是本发明的测压仪装置的最好设计方案。

图3和图4所示的称量设备是安装在地面以下的。它的下平面44是加强的坚固表面，一般是用淬硬的钢板安置在磅秤地坑的混凝土基础上。在这样一种实施例中，所要称量的卡车可以开到磅秤桥架的上面，所要称量的物体可以放置在桥架上。另外，称量设备也可以放在地坪上。卡车或其他要称量的装置可以通过斜坡开到称量装置的载货的上平面上。这些斜坡也可作为称量装置的围墙。这里可以安装缓冲器用来限制磅秤平台的移动。

在称量料斗或箱罐的时候，可以把料斗周围的架子或者箱罐的各条腿支撑在上面所讲的摇杆测压仪上作为平台。用缓冲器来限制料斗或各条腿的移动，如前所述。另一种办法是，把架子的一点或者箱罐的一条腿用一个常规的剪切模测压仪固定住作为一个测量支点，而在其他各点上采用摇杆测压仪，以防止热膨胀所引起的侧向力。

图5A，5B和5C所示是在称量装置上经常出现的问题，这些问题在本发明中都已得到了解决。图5A表示由于太阳光直晒或高温所引起热膨胀的情况，这使磅秤桥架41伸长了。下平面44不会象桥架41那样膨胀那么大。在一般典型的称量装置上，这种热膨胀将会在固定安装的测压仪上产生侧向力，因为有摩擦。在有侧向力存在的情况下，任何放置在磅秤桥架上的载荷都不能准确地进行测量。

本发明解决了这个问题。随着桥架的膨胀，测压仪10将会稍稍有点倾斜，并且只会产生预定的回复力矩，由于前面已经讲过的原因，所测量的结果是准确的。

图5B所表示的问题是由于载荷的作用使磅秤桥架41产生了变形。如上所述，每一个传递负荷的平面43在水平面上的小偏差，在采用本发明的摇杆测压仪的情况下，不会引起不可接受的误差。

图5C所表示的问题是当所称量的卡车或其他物品开到磅秤桥架41上去的时候以及刹车的时候所引起的。此时产生了横向位移，但是缓冲器45可使称量装置保持其预先设定的垂直位置上，而摇杆的自稳定作用可以使所称量的载荷重新定心，并且使桥架再次移动，不再与缓冲器接触。

所以很明显，本发明的称量系统是不受桥架横向移动和桥架横向膨胀影响的，因此也就不需要采用减摩装置来限制侧向力了。有了摇杆测压仪的自稳定作用，就不再需要使用牵条或隔板等来保持桥架的正常位置了。

在安装称量设备的时候，要使每一条测压仪10朝上立在支撑面44上。在安装的时候，需要用些临时安装的支撑架来保持测压仪10处于垂直位置上。接着，只需把磅秤平台放置在这些测压仪上，并把那些临时的支撑架挪走。此外就不需要其他的机械支撑了，因此也就没有任何部件能够从通过测压仪测量的力中分出一个分力，当然也就不会引起误差。唯一需要增加的装置可能是橡皮小室或迷宫式密封用来防止尘土进入测压仪与平面43，44之间的滚动面上。这些装置是大家所共知的，它们对于力的测量是没有影响的。按照本发明设计的称量设备既简单又便宜，同时也容易安装和维修。

本发明所推荐的测压仪的详细构造如下：

再看图1，在测压仪中间部分11的周围装着应变仪装置30。在推荐的实施例中，R₁＝R₂，应变仪装置34包括应变仪30，温度传感器31和线性仪32;其中应变仪安装在测压仪10中心的中间部分11的周围。

电源从磅秤仪表面供送到应变仪装置34上，这是大家所知道的技术，即通过在测压仪上所钻的孔道17和19用电线接进去，从应变仪装置34发出的测量电压也通过这些孔道17，19用另外的电线接回到磅秤仪表间。这些孔道是用来将电线送入由不锈钢或磷青铜制做的波纹管22中，这些波纹管用钎焊方法焊到测压仪的端部，如图所示。这些波纹管22形成气密封，可以防止潮气、水分和其他污染物进入应变仪中去;不过，这种波纹管22的机械强度很小，所以对于测压仪立柱的应力没有什么影响。在这些孔道处装有气密性的穿线管（图上未示出）以便将电线插进去，这也是大家都知道的技术。

如图1所示，孔道19是从测压仪上部整个钻通的，而第二个孔道18是与孔道17径向相反方向钻出的，孔道18和孔道19的右面这一半仅仅是为了使测压仪上部保持完全对称，所以测压仪的应变模式对于主中心线是完全对称的。在有些情况下，在测压仪的下部也钻一些虚设的孔道以便使测压仪的应力模式在上下也能对称。此外，在钻孔的部位还必须具有较小的应力集中。因此，最好采用两头大的哑铃形状，这样可以减小应力集中。

图6A和6B所示是具有四个应变仪30的测压仪，每一个应变仪可以是半个桥，也可以是整个桥，这是大家所知道的技术。这种配置可以适当地汇集测压仪圆柱周围的应变，如果它们是严格按90°布置并且安装在对称应力中心上的话。不过，在实际生产中，很难以使四个应变仪布置得那样准确，符合测压仪摇杆的要求。因此较为容易的是用几个应变仪在测压仪圆柱周围形成一个大体上连续的带，下面将参照图8来加以说明。图8所示是本发明所推荐的测压仪的应变仪布置方案。

图8所示的应变仪装置34B包括一条连接带，上面交替地装着直立的应变仪（30V）和水平的应变仪（30H）。这种连接带在市场上可以买到各种不同长度和不同型号尺寸的产品。各个应变仪都接到铜制的焊点37上以便相互连接，同时也与电源线和信号线相连通。在应变仪装置34B上还装有一对温度补偿传感器31，31′和一对线性仪32，32′，它们都带有自己的焊点，这是大家所熟悉的技术。

如图所示，将一条长的连接带，或者由一串较短的带相互连接在一起的带钻接到图1中测压仪的中部，从而在测压仪周围形成由一些半桥架组成的连续带。将应变仪的中心线（C）细心地定准在对称应力中心上，在推荐的实施例中这个对称应力中心与测压仪的中心截面相重合（此时R₁＝R₂）。温度传感器31，31′和线性仪32，32′的配置如图8所示，当它们被粘接到测压仪立柱上的时候，每一对元件相互在径向相对着。图9所示是测量用应变仪连接成全惠斯登电桥的情况，其中一个边是开口的，以便外部平衡。大家知道，温度传感器和线性仪是与惠斯登电桥的电源电压串联在一起的。图上的字母R，V，BK，BR，GR，W，GY，O和Y代表颜色编码，用于各种不同颜色的引线，从而说明了图8和图9之间的关系。

图10和图12中所表示的是按照本发明设计的测压仪所采用的另一种应变仪30的布置方案。如图10所示，应变仪30包括一条连接带，上面连接着两个直立的应变仪62，63和两个水平的应变仪61，64。这条连接带的长度与测压仪立柱的圆周相适应，它将被安置在测压仪立柱上，其中心线C将准确地处于对称应力中心上，如前所述。在这种情况下，两个对称安装的直立的应变仪和两个对称安装的水平的应变仪就可以做到对于对称应力中心的对称。直立的应变仪用来测量压缩应变并承担100%输出，它们布置在最靠近对称应力中心的位置上;而水平的应变仪用来测量横向的压缩，因此只承担大约30%的输出，它们可以离开中心线稍远一些的地方。四个应变仪连接成一个全惠斯登电桥，如图11所示。温度传感器和线性仪均与图8中所示的实施例相类同，所以在图10和图11中没有表示，不过，它们还是应变仪装置的一部分，这是大家知道的。

图12所示是和图10一样，所不同的是它的应变仪30系由两半个70，79组成，每半个是一条连接带，上面连接有两个直立的应变仪和两个水平的应变仪。这种结构使其更容易把应变仪装置30粘接到测压仪立柱上。图12中的应变仪都连接在一个全惠斯登电桥上，如图13所示。这里也没有表示出温度传感器和线性仪，但是都得使用它们，这是大家所共知的。

按照图1所示的这种结构的称量能力为50，000磅的测压仪，它的应变仪按照图8和图9所示的方式布置，那么这个测压仪的总长度大约为170毫米，测压仪中间立柱的直径约为27毫米，两端头的直径约为50毫米。端部球面的半径约为150毫米。

按照本发明，上述的测压仪和称量设备可以有很多改变。比如说，测压仪的立柱可以是一根圆管，应变仪安装在管子的里面，而在安装好应变仪以后再把两端头部分焊到管子上。这种设计可以省去那个波纹管，但是却难以保证有一个对称的应力模式，同时也难以将应变仪准确地安装在对称应力中心上。

下面谈谈摇杆的一些变化。如前所述，摇杆的动作并不要求上下一定是平面，而测压仪两端一定是球面。测压仪做成平面的，它可以与上下的凸出球面43，44相配合，同样可以得到自稳定的效果，或者上下的凸面与测压仪两端的半径较小的球面相配合。唯一的问题在于选择上下面的曲率与测压仪端面的曲率之间的适当关系。另外，这些表面也不一定是球面，它可以是变化的曲率，比如抛物面等。不过，在实际生产中，最好还是采用平的上下面，因为这种平面没有定心的问题，如果上下面做成曲面的，那么就要求这些面之间严格地对中心，以便使测压仪能够对称于垂直线。上述这种对中心工作会大大增加称量设备的价格和复杂性。

所采用的应变仪装置都是一般常用的，在这方面所有的任何变化都可以被采用。唯一的要求是应变仪要对称于摇杆测压仪的对称应力中心进行测量，并且它们能够适当地汇集在测压仪立柱的周围，如上所述。那些线性仪应由一对在径向相对的位置上布置的线性仪组成，并且尽可能地靠近对称应力中心，以便得到最佳的线性化。

Claims (20)

1、一种承压式测压仪由以下部分组成：

一个长形的哑铃形状的立柱，它具有一定的长度，上下两端表面凸出，中间部分对称于立柱的主中心线；

应变仪装置固定在上述的中间部分，用来测量上述立柱上的压缩力；

密封装置，用来防止水份和其他污染物质进入上述应变仪装置中；以及

电气接线，用来连接上述应变仪装置和上述密封装置外面的线路。

2、权利要求1所讲的承压式测压仪，其特征在于：上述凸出的下端面是具有第一个半径的第一个球面的一部分，上述第一个球面的第一个球心位于上述的主中心线上，上述凸出的上端面是具有第二个半径的第二个球面的一部分，上述第二个球面的第二个球心位于上述的主中心线上，上述第一个半径与第二个半径的和大于上述的预定长度，因此当其垂直地放置在两个基本水平的平面之间的时候，上述这个立柱将具有自稳定性，另外，上述应变仪装置位于上述第一个球心和第二个球心之间的上述中间部分的中间，与上述的主中心线相垂直，用来汇集上述立柱周围的压缩力。

3、权利要求2所讲的承压式测压仪，其特征在于：上述的球面具有基本相等的半径。

4、一种承压式测压仪包括：

（a）一个具有纵向轴线的自稳定的摇杆，这一摇杆具有：

（ⅰ）上端部分，用来接受所要称量的载荷力，具有球面的顶端;

（ⅱ）中间部分，对称于上述的轴线;

（ⅲ）下端部分，用来支撑上述的中间部分，具有球面的下表面;

（b）应变仪装置安装在上述的中间部分，用来测量作用在上述上端部分上的载荷力。

5、权利要求4所讲的测压仪，其特征在于：上述中间部分是一个实心的圆轴，并且上述的那些应变仪装置在上述的上端部分与下端部分之间的基本上在中间的上述中间部分上，用来汇集上述摇杆周围的与载荷力相对应的压缩力。

6、权利要求4所讲的测压仪，其特征在于：上述中间部分是一个实心的方轴，并且上述应变仪装置由四个应变仪组成，它们分用安置在上述上下两部分之间的中部，处于上述方形轴的每一个边上，这些应变仪用来汇集上述摇杆周围的与载荷力相对应的压缩力。

7、权利要求5所讲的测压仪，其特征在于：还包括一个波纹管装置，它被钎焊到上述摆杆的中间部分的上下位置上，使这一中间部分气密起来，防止水份和其他污染物质侵入，上述这个波纹管在机械强度上是很弱的，因此上述摇杆所受的力的作用不会由于这个波纹管而有所变化。

8、一种称量装置包括：

（a）一个磅秤桥架结构具有承受载荷的上平面，另外还有一些传递负荷的基本上水平的下平面，它们分别用来接受载荷力和传递载荷力;

（b）一些自稳定的摇杆测压仪，用来承受由上述桥架结构的传递载荷的平面所传来的负荷，每一个上述的测压仪都具有一个主中心线和预定的长度，测压仪包括：

（ⅰ）上端部分，用来接受所要称的载荷力，具有球面的顶端;

（ⅱ）中间部分，对称于上述的主中心线;

（ⅲ）下端部分，用来支撑上述的中间部分，具有球面的下表面;

（ⅳ）安置在上述中间部分的应变仪装置，用来检测上述上端部分所承受的载荷力。

（c）一些基本上水平的刚性底板，用来支撑上述的测压仪。

9、按照权利要求8所讲的称量设备，其特征在于：上述的球形下端面是具有第一个半径的第一个球面的一部分，上述这第一个球面具有位于上述主中心线上的第一个球心，上述的球形上端面是具有第二个半径的第二个球面的一部分，上述这第二个球面具有位于上述与中心线上的第二个球心，上述的第一个半径和第二个半径的和大于上述的预定长度，因此，当上述这种测压仪被直立地放置在上述传递载荷的平面与上述的底面之间的时候，它是自稳定的，并且上述的应变仪装置被设置在上述的第一个球心和第二个球心之间的上述中间部分，与上述的主中心线相垂直，用来汇集上述测压仪周围的压缩力。

10、按照权利要求9所讲的称量设备，其特征在于：上述球面具有基本相等的半径。

11、按照权利要求8所讲的称量设备，其特征在于还包括波纹管装置，它被钎焊到上述测压仪的中间部分的上下位置上，使上述的中间部分气密起来，防止水份和其他污染物质侵入，上述这个波纹管装置在机械强度上是很弱的，因此上述测压仪所受力的作用不会由于这个波纹管装置而有所变化。

12、在一个称量设备上有一个用来接受所称量载荷力的桥架结构，它具有一个承受负荷的上平面及一个基本上水平的传递载荷的下平面，还有一个基本上水平的底面，这种改进的称重设备包括：

（a）一个自稳定的摇杆安装在上述传递载荷的下平面与支撑上述桥架结构的底面之间，该摇杆具有以下几部分：

（ⅰ）上端部分，具有凸出的上表面，用来接受上述桥架结构上被称量的载荷力，

（ⅱ）下端部分，具有凸出的下表面，座落在上述的底面上;

（ⅲ）中间部分，它在上述的上端部分和下端部分之间，具有对称于上述摇杆的主中心线的截面，

（b）安装在上述摇杆中间部分的对称的截面上的应变仪装置，用来测量载荷力。

13、一个称量设备包括：

一个支撑结构，它具有一些基本上水平的上平面;

一些自稳定的摇杆，它们具有相同的预定长度，每一个上述摇杆具有一个凸出的下表面和一个凸出的上表面，它们安置在上述支撑结构的一个基本上水平的上平面上，每一个上述的摇杆在上述的上表面和下表面之间有一个中间部分，它的截面对称于每一个上述摇杆的主中心线;

一个平的基本上水平的承重结构，它具有一些传递载荷的下表面，每一个下表面与每一个上述的摇杆相对应，上述承重结构安置并支承在上述摇杆的上表面上。

应变仪装置安装在上述摇杆的上述对称截面上，用来测量上述摇杆上所作用的压缩力，这个力是由载荷作用到上述承重结构上而产生的。

14、权利要求13所讲的称量设备，其特征在于：

上述的凸出的下表面是具有第一个半径的第一个球面的一部分，而上述第一个球面具有位于上述主中心线上的第一个球心;

上述的凸出的上表面是具有第二个半径的第二个球面的一部分，而上述的第二个球面具有位于上述主中心线上的第二个球心，

上述的第一个半径和第二个半径之和大于上述的一个摇杆的预定长度。

15、权利要求14所讲的称量设备，其特征在于：上述应变仪装置被安置在每一个上述摇杆的中间部位，它与上述的主中心线相垂直，并且在上述第一个球心和第二个球心之间的中点上与上述的主中心线相交。

16、权利要求14所讲的称量设备，其特征在于：上述的应变仪装置被安装在上述每一个摇杆的上述的对称部位，用于测量和汇集压缩力。

17、一个具有桥架结构的称量设备，具有一个接受所称重物的承受载荷的上表面，并且至少有一个基本上水平的传递载荷的下表面置于测压仪装置上，此外还有一个基本上水平的底面用来支撑测压仪装置，该测压仪包括：

一个自稳定的摇杆，它对称于一个主中心线;

一个应变仪装置安置在上述摇杆上，用来测量基本上与主中心线平行的压缩力;

一个密封装置，用来防止水份和污染物质进入上述应变仪装置;

电气接线装置，用来连接上述应变仪装置与上述密封装置外面的电路。

18、一个称量设备包括：

一个接受载荷的上表面用来承受所称量的载荷力;

自稳定的摇杆，用来支撑上述的载荷承受面，并且接受从上述载荷承受面传来的载荷力;

安置在上述摇杆上的应变仪装置，用来测量与载荷力相对应的压缩力。

19、权利要求18所讲的称量设备，其特征在于：上述自定心摇杆装置还包括密封装置用来防止水份和其他污染物质进入上述的应变仪装置，该密封装置在机械强度上是很弱的，因此上述应变仪装置所受力的作用不会由于上述密封装置而有所变化。

20、权利要求18所讲的称量设备，其特征在于：上述自定心摇杆装置还包括一个传递载荷的下表面，它与上述的传递载荷的上表面为一体;还包括一个底面，并且在上述传递载荷的下表面与上述的支撑面之间装有一个直立的柱，这个柱对于载荷力是敏感的。

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