CN104502004A - 力传感器及测力方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种力传感器及测力方法。该力传感器包括一第一压板；一第二压板，其第一面与所述第一压板第一面相对；多个敏感元件，可拆卸的夹设在所述第一压板和第二压板之间，用于在所述第一压板和第二压板的作用下发生形变；一桥式电路，与部分或全部夹设在所述第一压板和第二压板之间的敏感元件连接，用于响应与其连接的敏感元件的形变程度而输出一测力结果；其中，夹设在所述第一压板和第二压板之间的敏感元件的数量以及与所述桥式电路连接的敏感元件的数量可调。本公开可以实现一个力传感器即可满足各种测力场合的需求的技术效果。

Description

力传感器及测力方法

技术领域

本公开涉及传感技术领域，具体涉及一种力传感器及测力方法。

背景技术

在加工制造领域中，力传感器的应用极为广泛；例如，力传感器目前已经大量应用于车辆、工业测量、自动控制、医疗以及各种电子产品上。

由于现有技术中的力传感器的测量范围通常是固定不变的。而对于检测机构来说，其需要面对不同范围的力的现场检测，因此必须准备一系列不同测量范围的力传感器。而且，对于所测对象复杂，力的大小范围无法预估的场合，往往会选用测量范围较大的力传感器进行测量，以避免对力传感器造成损伤；但这样则非常有可能牺牲测量精度。

此外，不同测量范围的传感器安装尺寸通常不同，所以现有的力传感器一般无法实现同一尺寸下测量范围的调整。

发明内容

本公开的目的在于提供一种力传感器及测力方法，用于至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或多个问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的第一方面，一种力传感器，包括：

一第一压板；

一第二压板，其第一面与所述第一压板第一面相对；

多个敏感元件，可拆卸的夹设在所述第一压板和第二压板之间，用于在所述第一压板和第二压板的作用下发生形变；

一桥式电路，与部分或全部夹设在所述第一压板和第二压板之间的敏感元件连接，用于响应与其连接的敏感元件的形变程度而输出一测力结果；

其中，夹设在所述第一压板和第二压板之间的敏感元件的数量以及与所述桥式电路连接的敏感元件的数量可调。

在本公开的一种示例实施方式中，所述第一压板第一面布设有多个定位穴；

所述第二压板第一面布设有与所述第一压板上的定位穴相对称的多个定位穴；

所述多个敏感元件可拆卸的夹设在所述第一压板上和第二压板上相对的两个定位穴之间。

在本公开的一种示例实施方式中，所述定位穴均匀布设在所述第一压板以及第二压板的第一面。

在本公开的一种示例实施方式中，每一所述敏感元件上均贴附有多个应变计；

与所述桥式电路连接的敏感元件上贴附的所述多个应变计分别对应连接于所述桥式电路的多个桥臂之一。

在本公开的一种示例实施方式中，每一所述敏感元件上均贴附有4个应变计；

与所述桥式电路连接的敏感元件上贴附的所述4个应变计分别对应连接于所述桥式电路的4个桥臂之一。

在本公开的一种示例实施方式中，所述4个应变计包括相互垂直的两对应变计。

在本公开的一种示例实施方式中，每一桥臂中连接的所有应变计均串联连接。

在本公开的一种示例实施方式中，每一桥臂中连接的所有应变计被分为多组，同一组中的所有应变计串联连接，各组应变计并联连接。

根据本公开的第二方面，一种利用上述任意一种力传感器测力的方法，包括：

将m个所述敏感元件夹设在所述第一压板和第二压板之间；

将n个夹设在所述第一压板和第二压板之间的敏感元件连接至所述桥式电路，所述n小于等于m；

所述桥式电路响应与其连接的n个敏感元件的形变程度而输出一测力结果A；

根据A·m/n调整所述m和/或n的值，以使所述力传感器的测量范围与所述A·m/n适配。

在本公开的一种示例实施方式中，所述m为n的整数倍。

本公开的示例实施方式所提供的力传感器以及测力方法中，由于设置了可拆卸安装的敏感元件，因此在测力过程中力传感器的测量范围可以根据需要而进行调整，进而实现一个力传感器即可满足各种测力场合的需求的技术效果。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是现有技术中一种力传感器的结构示意图；

图2是本公开示例实施方式中一种敏感元件的结构示意图；

图3是本公开示例实施方式中连接3个敏感元件的桥式电路示意图；

图4是本公开示例实施方式中连接4个敏感元件的桥式电路示意图；

图5是本公开示例实施方式中连接6个敏感元件的桥式电路示意图；

图6是本公开示例实施方式中一种敏感元件布设示意图；

图7是本公开示例实施方式中另一种敏感元件布设示意图；

图8是本公开示例实施方式中连接30个敏感元件的桥式电路示意图。

附图标记说明：

11：第一压板

12：敏感元件

13：定位穴

14：第二压板

A1～A30、B1～B30、C1～C30、D1～D30：应变计

E0：未安装敏感元件的定位穴

E1：未连接至桥式电路的敏感元件

E2：连接至桥式电路的敏感元件

E20：第0组敏感元件

E21：第1组敏感元件

E22：第2组敏感元件

E23：第3组敏感元件

E24：第4组敏感元件

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。

本示例实施方式中提供了一种力传感器及利用该力传感器测力的方法。如图1中所示，该力传感器主要包括一第一压板11、一第二压板14以及多个敏感元件12，此外还包括一桥式电路。其中，所述第一压板11的第一面与所述第二压板14的第一面相对设置；所述多个敏感元件12可拆卸的夹设在所述第一压板11和第二压板14之间，用于在所述第一压板11和第二压板14的作用下发生形变；所述桥式电路，与部分或全部夹设在所述第一压板11和第二压板14之间的敏感元件12连接，用于响应与其连接的敏感元件12的形变程度而输出一测力结果；并且，夹设在所述第一压板11和第二压板14之间的敏感元件12的数量以及与所述桥式电路连接的敏感元件12的数量可调。

下面结合利用该力传感器测力的方法对该力传感器进行进一步的说明。例如：

S1.根据估测的待测力的范围将m个所述敏感元件12夹设在所述第一压板11和第二压板14之间；而且在待测力的范围难以估计时，m的取值可以尽量大一些。例如，待测力的范围难以估计，而所述第一压板11和第二压板14可夹设的敏感元件12总数量为35，即所述m的最大取值为35，本示例实施方式中选择将30个所述敏感元件12夹设在所述第一压板11和第二压板14之间。

S2.将n个夹设在所述第一压板11和第二压板14之间的敏感元件12连接至所述桥式电路，所述n小于等于m；例如，从上述30个敏感元件12中选择15个连接至所述桥式电路。为了方便计算，本示例实施方式中，所述m可以为n的整数倍。

S3.所述桥式电路响应与其连接的n个敏感元件12的形变程度而输出一测力结果A；由于作用于所述第一压板11和第二压板14之间的力被m个所述敏感元件12共同分担，但是桥式电路仅响应其中n个敏感元件12的形变程度而输出一测力结果A，因此，测力结果A的m/n倍即大致为第一压板11和第二压板14之间的力的实际大小。例如，m取30，n取15时，测力结果A的2倍即大致为第一压板11和第二压板14之间的力的实际大小。由此可知，通过调整m/n的值，即可调整本示例实施方式中的力传感器的测量范围。

S4.根据A·m/n调整所述m和/或n的值，以使所述力传感器的测量范围与所述A·m/n适配。即根据步骤S3中得到的第一压板11和第二压板14之间的力的实际大小的大致取值，调整m/n的值，以选取恰当的测量范围，从而对第一压板11和第二压板14之间的力进行精确的测量。

继续参考图1，为了便于固定所述敏感元件12，所述第一压板11第一面可以布设有多个定位穴13，相应的，所述第二压板14的第一面布设有与所述第一压板11上的定位穴13相对称的多个定位穴13；如此，所述多个敏感元件12即可拆卸的夹设在所述第一压板11上和第二压板14上相对的两个定位穴13之间，而不会发生偏移。

进一步的，在本公开的一种示例实施方式中，所述定位穴13均匀布设在所述第一压板11以及第二压板14的第一面。如图1中所示，在第一压板11以及第二压板14的第一面上，分四个圆周均匀布设35个定位穴13；其中，外圈16个定位穴13，二圈12个定位穴13，内圈6个定位穴13，中心1个定位穴13。当然，定位穴13的数量及布局方式可以根据需要进行选择。

敏感元件12端部的形状则与所述定位穴13的形状适配；例如，本示例实施方式，所述定位穴13直径为第一压板11以及第二压板14直径的十分之一，则相应的，所述敏感元件12端部的直径也为第一压板11以及第二压板14直径的十分之一。当然，上述尺寸仅起示例作用，本领域技术人员也可以根据需要选择其他尺寸。

本示例实施方式中，每一所述敏感元件12上均贴附有多个应变计，与所述桥式电路连接的敏感元件12上贴附的所述多个应变计分别对应连接于所述桥式电路的多个桥臂之一。例如，如图2中所示，每一所述敏感元件12上均贴附有4个应变计，所述4个应变计包括相互垂直的两对应变计，即包括在敏感元件12中部对称的位置贴附的位于水平方向的应变计A1、应变计B1以及位于竖直方向的应变计C1、应变计D1。如图3中所示，所述桥式电路包括4个桥臂，即为一惠斯通电桥；其中，每一桥臂对应连接上述4个应变计中的一个。其中每一桥臂中的连接的应变计的连接方式可以有多种：

例如，每一桥臂中连接的所有应变计可以均串联连接。如图3中所示，对于测量范围较小的情况，可以选择三个敏感元件12可按图3的方式连接于桥式电路。其中，在第一桥臂上，应变计A1～A3串联连接；在第二桥臂上，应变计B1～B3串联连接；在第三桥臂上，应变计C1～C3串联连接；在第四桥臂上，应变计D1～D3串联连接。

又例如，每一桥臂中连接的所有应变计可以被分为多组，同一组中的所有应变计串联连接，各组应变计并联连接。例如，图4给出了有4个敏感元件12连接于桥式电路时的电路示意图。图5给出了有6个敏感元件12连接于桥式电路时的电路示意图。其中，每一桥臂中连接的所有应变计被分为2组，同一组中的所有应变计串联连接，2组应变计又并联连接。

下面结合图6至图8对上述的力传感器以及测力方法在未知待测量范围时的测量进行进一步说明。如图6中所示，其中包括5个未安装敏感元件12的定位穴E0，以及安装至定位穴13的30个敏感元件12(包括未连接至桥式电路的敏感元件E1和连接至桥式电路的敏感元件E2)，并从上述30个敏感元件12中选择6个(即连接至桥式电路的敏感元件E2)连接至所述桥式电路。接着进行多次测量以估算待测力的范围，其中按输出的测力结果的5倍即可估算被测力的实际大小。然后根据估算的被测力的实际大小选择适当数量的敏感单元，全部或部分连接至桥式电路。例如，果根据估算结果仍需30个敏感单元，即如图7中所示，可以将其余未连接至桥式电路的敏感单元按6个一组(即第1至第4组敏感单元E21～E24，第0组敏感元件E0为先前已连接至桥式电路的一组敏感单元)再组合成4个独立的力传感器；或如图8中所示，将30个敏感单元的应变计A1～A30、B1～B30、C1～C30、D1～D30分别分为五组，组成一个统一的力传感器，进行精确测量。而如果估算结果较小，则可根据预测结果对称去掉部分敏感单元，重新调整敏感单元数量以进行精确测量。

综上所述，在本示例实施方式中所提供的力传感器以及测力方法中，由于设置了可拆卸安装的敏感元件，因此在测力过程中力传感器的测量范围可以根据需要而进行调整，进而实现一个力传感器即可满足各种测力场合的需求的技术效果。

本公开已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本公开的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本公开的范围。相反地，在不脱离本公开的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本公开的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种力传感器，其特征在于，包括：

一第一压板；

一第二压板，其第一面与所述第一压板第一面相对；

多个敏感元件，可拆卸的夹设在所述第一压板和第二压板之间，用于在所述第一压板和第二压板的作用下发生形变；

一桥式电路，与部分或全部夹设在所述第一压板和第二压板之间的敏感元件连接，用于响应与其连接的敏感元件的形变程度而输出一测力结果；

其中，夹设在所述第一压板和第二压板之间的敏感元件的数量以及与所述桥式电路连接的敏感元件的数量可调。

2.根据权利要求1所述的力传感器，其特征在于：

所述第一压板第一面布设有多个定位穴；

所述第二压板第一面布设有与所述第一压板上的定位穴相对称的多个定位穴；

所述多个敏感元件可拆卸的夹设在所述第一压板上和第二压板上相对的两个定位穴之间。

3.根据权利要求2所述的力传感器，其特征在于，所述定位穴均匀布设在所述第一压板以及第二压板的第一面。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的力传感器，其特征在于，每一所述敏感元件上均贴附有多个应变计；

与所述桥式电路连接的敏感元件上贴附的所述多个应变计分别对应连接于所述桥式电路的多个桥臂之一。

5.根据权利要求4所述的力传感器，其特征在于，每一所述敏感元件上均贴附有4个应变计；

与所述桥式电路连接的敏感元件上贴附的所述4个应变计分别对应连接于所述桥式电路的4个桥臂之一。

6.根据权利要求5所述的力传感器，其特征在于，所述4个应变计包括相互垂直的两对应变计。

7.根据权利要求4所述的力传感器，其特征在于，每一桥臂中连接的所有应变计均串联连接。

8.根据权利要求4所述的力传感器，其特征在于，每一桥臂中连接的所有应变计被分为多组，同一组中的所有应变计串联连接，各组应变计并联连接。

9.一种利用权利要求1-8任意一项所述的力传感器测力的方法，其特征在于，包括：

将m个所述敏感元件夹设在所述第一压板和第二压板之间；

将n个夹设在所述第一压板和第二压板之间的敏感元件连接至所述桥式电路，所述n小于等于m；

所述桥式电路响应与其连接的n个敏感元件的形变程度而输出一测力结果A；

根据A·m/n调整所述m和/或n的值，以使所述力传感器的测量范围与所述A·m/n适配。

10.根据权利要求9所述的测力方法，其特征在于，所述m为n的整数倍。