CN104280099B - 平行梁称重传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平行梁称重传感器，包括一弹性体，该弹性体的至少一部分被分为相互隔开的上平行梁和下平行梁，该上平行梁中部与该下平行梁中部之间具有一狭缝，其中该上平行梁在该狭缝处具有一凹槽，该下平行梁在该狭缝处具有一凸台，该凸台伸入该凹槽中并与该凹槽间常态地保持一间隙。

Description

平行梁称重传感器

技术领域

本发明涉及称重仪表领域，尤其是涉及一种平行梁称重传感器。

背景技术

平行梁称重传感器是称重传感器中最常用的传感器之一，广泛运用于电子秤、厨房秤、珠宝秤等行业领域，是工业和农业自动化系统中不可缺少的核心部件。平行梁传感器的优点是精度高，测量范围广，寿命长，结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。

平行梁传感器的基本结构和工作原理如下：弹性体（或者弹性元件、敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在其表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形；电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（如增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（如电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。

平行梁称重传感器一般应用于小容量的称量，因此弹性体在粘贴应变片的位置厚度较薄。在受到1.5倍以上额定载荷力的作用下，弹性体很容易出现局部应力超过材料屈服应力的现象，使得弹性体的力学性能改变甚至断裂。

现有双孔平行梁传感器也有一部分能够实现过载保护功能，但均存在以下明显的缺点：只针对特殊传感器，适用范围窄，体积增加较大，加工精度要求高，成本较大。

例如中国发明专利申请201010510746.9所提出的称重传感器，它的过载保护方式是在两平行梁中加上一个不动的固定梁。在传感器过载时，上梁由于变形会和中间的固定梁接触。固定梁分担了载荷而保护上下梁，起到防过载目的。这个结构能够承受较大的过载力，但是缺点是需要在两平行梁中间加入一个固定梁。额外的固定梁必然会增大传感器的体积和重量。而且固定梁受到结构限制离承载端较远。这就造成了在固定梁顶端位置处上平行梁变形量非常微小。如果用一体成型的加工方法不能在上梁和固定梁中间加工出足够小的缝隙来符合过载保护的生效条件。所以必须在固定梁末端镶嵌两圆柱来调整缝隙宽度。这样的设计导致体积、加工难度、装配难度、成本都将成倍增加。

又如中国实用新型专利200720058642.2防过载原理同样是在两平行梁中间设置固定梁来承担过载的力。此结构体积更大，并且有外部结构，不能制成密封型传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种平行梁称重传感器，以克服现有技术存在的一个或多个问题。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种平行梁称重传感器，包括一弹性体，该弹性体的至少一部分被分为相互隔开的上平行梁和下平行梁，该上平行梁中部与该下平行梁中部之间具有一狭缝，其中该上平行梁在该狭缝处具有一凹槽，该下平行梁在该狭缝处具有一凸台，该凸台伸入该凹槽中并与该凹槽间常态地保持一间隙。

在本发明的一实施例中，该上平行梁中部与该下平行梁两端分别通过一对相互连通的穿孔隔开。

在本发明的一实施例中，该上平行梁和该下平行梁在每一穿孔处设有应变片。

在本发明的一实施例中，该凹槽和该凸台位于该狭缝的横向中央位置。

在本发明的一实施例中，平行梁称重传感器还包括波纹管，该弹性体密封在该波纹管内。

本发明通过在两平行梁间设置能够阻止上下两梁相对错动的凹槽和凸台来实现过载保护。相比已有的过载保护结构，本发明不需要额外的部件，实施简单、技术难度和加工成本较低。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1为本发明一实施例的传感器外观图。

图2为图1的A-A方向剖面结构示意图。

图3为图2的Z处局部放大图。

图4为现有技术的未加入过载保护的传感器在过载时的受力变形图。

图5为本发明一实施例的加入过载保护的传感器在过载时的受力变形图。

具体实施方式

图1为本发明一实施例的传感器外观图。图2为图1的A-A方向剖面结构示意图。参照图1和图2所示，本实施例的平行梁称重传感器10为波纹管密封型的传感器，包括波纹管11和密封在波纹管11内的弹性体12。弹性体12是传感器的核心部件，下面将加以说明。

图3为图2的Z处局部放大图。结合图2、3所示，和已有平行梁称重传感器中的弹性体一样的是，本实施例的弹性体12至少有一部分被分上平行梁21和下平行梁22。上平行梁21和下平行梁22是相互隔开的。其中，在上平行梁21的左端和下平行梁22左端，是依靠一对穿孔23、24来分隔的。穿孔23、24之间是相互连通的，形成类似于葫芦形状。类似地，在上平行梁21的右端和下平行梁22右端，是依靠一对穿孔25、26来分隔的。穿孔25、26之间是相互连通的，形成类似于葫芦形状。上平行梁21和下平行梁22在每一穿孔23、24、25、26处设有应变片27，共有4片。这些应变片27可以贴附的方式设置在上平行梁21和下平行梁22上。并且，设置的位置可在由切割出各穿孔23、24、25、26后的上平行梁21和下平行梁22的最薄处。

在上平行梁21中部和下平行梁22中部之间具有一狭缝28。因此上平行梁21和下平行梁22是常态分开的。在本实施例中，上平行梁21在狭缝28处具有一凹槽21a，下平行梁22在狭缝28处具有一凸台22a。此凸台22a伸入凹槽21a中并与凹槽21a间常态地保持一间隙。作为举例，凸台22a与凹槽21a之间的间隙为0.25mm。

凸台22a与凹槽21a在狭缝中的横向位置可位于狭缝中央。但可以理解的是，这一横向位置可进行调整。

在本实施例中，凸台22a与凹槽21a提供了过载保护。与常规通过单独的固定梁来承担过载的力不同的是，凸台22a与凹槽21a就处于需要保护的平行梁上，过载保护起作用后凸台受力22a方向垂直于载荷方向，并不分担载荷来保护弹性体。

在本发明的实施例中，凸台22a和与之配合的凹槽21a的数量并不限于一个，还可以是多个。

图5为本发明一实施例的加入过载保护的传感器在过载时的受力变形图。参照图5所示，此过载保护的的原理是：传感器10过载后，上下两平行梁21、22变形错动距离等于凸台22a与凹槽21a间间隙时，两平行梁21、22产生接触，触发了过载保护机制。原来双孔平行梁不稳定的四边形结构变为了两个稳定的顶点相连的三角形结构，结构薄弱点从四边形的四个顶点（平行梁最薄的贴片处）被转移到两个三角形相连的顶点处也就是接触点T处，而此处的弹性体最为厚实，从而起到改变弹性体力学结构，降低应变区应力，保护弹性体的目的。

图4为现有技术的未加入过载保护的传感器在过载时的受力变形图。如图4所示通过有限元分析，未改动的弹性体在受额定载荷两倍的力F作用后，承载端会向Y轴负方向发生变形，同时上梁41与下梁42会发生X方向相向的平行错动。通过计算，错动的距离约等于承载部分下沉最大位移的三分之二。而此时弹性体应变片粘贴处的最大应力已经达到了七百多兆帕，虽然未达到材料屈服极限，但已经对传感器的精度产生了影响，如再增大力F，传感器就会损坏甚至断裂。

回到本实施例的图5。通过有限元分析，在改动结构后，在力F超过一点五倍额定载荷后，上梁21的凹槽21a与下梁22的凸台22a会因为两梁的相对错动贴合，继续增加F至两倍载荷，整个传感器最大应力处已经偏离了应变片贴片的位置，并且最大应力数值只有一百多兆帕，远低于材料屈服极限。传感器抗过载能力数倍增强。

因此比较之下，本实施例的过载保护方法具有如下优点：

1、实施简单，在两平行梁间设置能够阻止上下两梁相对错动的机构即可实现保护。

2、上下两梁相互错动的距离可以通过调整左右穿孔的间距等参数来调整，通过极小的结构调整即可实现调整上下梁的错动距离。

3、普通粗加工用的快走丝线切割设备就能够轻松实现0.18mm以上的切缝，过载保护的生效条件低，容易调整。

4、实现的技术门槛和成本低。

综上所述，本发明的实施例提供了一种原理完全不同于已有的双孔平行梁称重传感器的过载保护结构，可以适用于大多数小容量的双孔平行梁传感器，而不增加体积。本发明实施例的平行梁称重传感器结构简单，技术门槛低，成本增加小。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (5)

1.一种平行梁称重传感器，包括一弹性体，该弹性体的至少一部分被分为相互隔开的上平行梁和下平行梁，该上平行梁中部与该下平行梁中部之间具有一狭缝，其中该上平行梁在该狭缝处具有一凹槽，该下平行梁在该狭缝处具有一凸台，该凸台伸入该凹槽中并与该凹槽间常态地保持一间隙。

2.如权利要求1所述的平行梁称重传感器，其特征在于，该上平行梁中部与该下平行梁两端分别通过一对相互连通的穿孔隔开。

3.如权利要求2所述的平行梁称重传感器，其特征在于，该上平行梁和该下平行梁在每一穿孔处设有应变片。

4.如权利要求1所述的平行梁称重传感器，其特征在于，该凹槽和该凸台位于该狭缝的横向中央位置。

5.如权利要求1所述的平行梁称重传感器，其特征在于，还包括波纹管，该弹性体密封在该波纹管内。