CN105021269A - 一种称重传感器的弹性体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种称重传感器的弹性体，该传感器的弹性体由两个负荷导入部分组成及在上下两个负荷导入部分之间的应变测量部分组成。应变测量部分所用的材料和负荷导入部分所用的材料是不同的，应变测量部分的其中一部分是由一种完全特殊的金属制作的。负荷导入部分的一些部分是由另一种金属组成，这种金属与钢相比，具有较高的耐腐蚀性能。这种传感器的制造方法也有单独的说明。此技术制造的传感器，解决了柱式不锈钢传感器的滞后误差偏正的问题，同时实现了传感器的密封、防腐。

Description

一种称重传感器的弹性体

本申请为本申请人于2013-05-14提交的申请号为2013101775741的分案申请。

技术领域

本发明涉及称重传感器技术领域，特别是涉及一种摩擦焊技术制作的弹性体，是称重传感器的核心部件。

背景技术

目前的柱式称重传感器中的弹性体部件是一体式结构，根据使用材质的不同进行划分主要有两种形式，一种为弹性体整体采用不锈钢材料制作，另一种整体采用合金钢材料。其中采用不锈钢弹性体的柱式传感器具有容易进行焊接密封处理的特点，且耐腐性能优良，但是用不锈钢弹性体制作的传感器，因为弹性体采用不锈钢材料，不锈钢固有的正滞后特性，导致传感器的滞后指标偏正，不易达到国标中规定的C3级别，大多达到和C1级别。而采用合金钢的弹性体的滞后性能和蠕变性能较好，但是可焊性差，且耐腐蚀性能也较差，所以长期处于外露状态下，合金钢弹性体导入部分和膜片焊接处的焊缝极易生锈。因此，两种形式制作的柱式传感器分别存在耐腐蚀性差和计量性能低的问题。

发明内容

我们目前的发明的目的是为了设计一种性能更好的传感器弹性体，设计一种核心部件，可适用于大多数类型的传感器的制作，使其不仅具有最佳的抗腐蚀性能，而且具有较好的计量性能。

一种研发中的传感器弹性体，具有优良的抗腐蚀性能的外壳，其抗腐蚀性能和底部负荷导入部分一样，这些顶部和底部负荷导入部分和外壳焊接在一起，从而使得传感器具有独特的耐腐蚀质量。负荷导入部分不仅要有较好的性能指标，还必需有适合的硬度和焊接性能，同时还要有较好的抗腐蚀性能。

目前发明的这种传感器，弹性体包括了第一负荷导入部分、第二负荷导入部分以及他们之间的应变测量部分(以下简称测量部分)。此外，本发明还包括了弹性体的制作方法，即传感器构成中的一个核心部件的制作，最上边的是第一负荷导入部分，接着是下边的测量部分，测量部分处于在第一负荷导入部分和第二负荷导入部分之间，通过摩擦焊的形式连接成一体。

所述弹性体也涉及到了测量元素，传感器能够防腐蚀的原因是由于使用了不锈钢的材料的外壳，因此具有较高的耐腐蚀性的同时还具有有用的性能指标，如特定的线性、滞后等。其中传感器的内部，我们用了耐腐蚀性较小的合金钢材料或者铝合金代替耐腐蚀性高的钢材料，使耐腐蚀性低的材料充分发挥其低滞后的特性。

背景技术中提到的柱式传感器弹性体材料整体上是一致的，即是一种毛坯件机加工形成的。本发明弹性体为分段结构，其测量部分和至少一个负荷导入部分在材料上是不同的。

因为首先测量部分最好是完整的，另外一种材料是为顶部和底部的负荷导入部分准备的，这种材料不仅要存在装配的可能性，而且每一个部分的材料能够发挥出其最佳的作用，所以，选择测量部分的材料时，从测量部分能够很容易的得到外壳的保护后，不用考虑相邻的负荷导入部分，这种测量部分应具有最佳的滞后和蠕变性能。这种传感器弹性体中的顶部和底部的负荷导入部分，其负荷导入部分的尺寸只适合一种量程的传感器。而且负荷导入部分不必有特别的性能，其材料主要是要有较强的抗腐蚀性能和一定的强度，而其计量性能则可以不用考虑。

换句话说，为弹性体各部分提供的材料要求是不一样的，一方面测量部分需要有最佳的计量性能，如滞后和蠕变性能，这个是测量部分的选择；另一方面负荷导入部分需要有最佳的抗腐蚀性能，抗腐蚀性能也受到外部环境的影响，如灰尘和湿度等。对于负荷导入部分要求应该是一种抗腐蚀性能很好的材料。同时，有些另外的部分如上下负荷导入部分的球面结构，为现有技术，会对传感器的线性、滞后性以及再现性有一定的影响，不再赘述。

摩擦焊弹性体的结构是传感器的固有形式，包括测量部分和负荷导入部分，其中负荷导入部分更适合圆周的焊接。负荷导入部分和测量部分之间的主体组成更适合用摩擦焊来制造。这样的优点是：负荷导入部分与测量部分以一定的焊口形式连接在一起，从而可以避免负荷导入部分与测量部分的接触面之间的相对运动。这样就可以使得力学效应的风险、测量的负面影响、尤其是线性和滞后性的影响减到最低的程度。

换句话说，对于负荷导入部分和测量部分，虽然他们是不同的材料，但却可以通过摩擦焊的方式连接组成不可分割的整体。

利用这种摩擦焊的方法，我们最初提到的传感器的准备形成的类型，就像之前描述的那样，符合我们想要的传感器类型。因此，测量部分和每一个负荷导入部分所表现出的不同材料这个区别在消失。所以可以为传感器提供简单的制作方式，以确保其耐腐蚀特性以及性能指标，使得测量的精度达到最佳。

在发明的过程中，测量部分和负荷导入部分，所有的负荷导入部分最好是符合柱式的形状。换句话说，可以独自制造的每一个部分，其中材料展示出的性能和其各自的部分达到最佳效果。弹性体测量部分的形状以柱式、筒式形状为好，圆筒式结构在传感器的性能上有其独特的优点，可将传感器量程设计的小，同时传感器的抗偏载性能优良。

按照以上所提供的方法，初始阶段需要最佳的粗坯(预留机加工余量)，能够和另一个粗坯焊接在一起。尤其是切削加工过程中的焊接接口的处理，特别是在第二步，其本身可以提供连续的摩擦焊的焊接性能。

粗坯焊接后使得该物品成为一个整体毛坯件。通过热处理后，利用这种方式使焊接后的材料性能趋于稳定，最终负荷导入部分具有较高的的耐腐蚀性能和同时具有好的测量性能，尤其是好的线性和滞后性能。

同样像之前描述的方式一样利用摩擦焊连接这些必须的粗坯，使负荷导入部分和测量部分连接在一起。这些钢材必须能够选择，即摩擦焊克服所有的机械应力和热应力。热处理技术在高强度不锈钢中的应用，尤其是切削加工和摩擦焊焊接后，每一种能够焊接的钢材料需要利用热处理来使其达到最佳的状态。因此测量部分和负荷导入部分有着高强度，测量部分还要有好的滞后性和线性，负荷导入部分也必须有较高的耐腐蚀性能等，且更容易与传感器常用的不锈钢壳体进行焊接，因为通常是负荷导入部分与传感器的壳体进行焊接连接。

上述描述中已经包含了有益效果。

图1：本发明弹性体的剖视图；

图2a至图2f)：为两种毛坯件焊接之前的焊接端面的配合示意图；

图3a到图3f)：为焊接后前后的对比示意图。

具体实施方式

图1显示了本发明弹性体沿纵轴L，其中弹性体(1)显示了在弹性体顶部的第一负荷导入部分(2)，在弹性体底部的第二负荷导入部分(3)以及在这两者之间的测量部分(4)，测量部分(4)和两个负荷导入部分(2，3)呈现了不同的材料特征。虽然他们都是钢做的，他们的不同之处在于负荷导入部分2和3的不锈钢中的铬含量在13％以上，为不锈钢。这样，负荷导入部分2和3，因为其最佳的耐腐蚀性能和对周围环境适应性能，使得这种传感器成为汽车衡用的最佳传感器。

测量部分(4)的材料与负荷导入部分(2)和(3)相比，耐腐蚀性较低，但如此选择，是看中了它表现最佳的计量性能指标，特别是良好的线性、滞后和蠕变。测量部分(4)可以是合金钢或铝合金等金属材料。

现在，如果测量部分(4)和两个负荷导入部分(2)和(3)装配在一起，就形成了摩擦焊弹性体(1)，从而为形成传感器提供一种核心部件。这种传感器具有最佳的耐腐蚀性和最佳性能指标。

在摩擦焊焊接之前，在负荷导入部分(2，3)和测量部分(4)在中心轴处形成的定位销(7)，定位销使得它们能够绕着中心轴L运动。图片1显示了负荷导入部分(2，3)形成的定位销，如此可以保证焊接的对中性。

在所述测量部分两端与导入部分接近部位设有环形的过渡凹槽，形成一种有效的分界线，测量部分(4)展示了分界线(12)，使得剩余的测量部分(4)通过过渡部分(13)区分出来，其中过渡部分(13)作为各自的负荷导入部分(2，3)的一部分。

中心钻孔(8)是过渡部分(13)的一个部分，其中定位销(7)能够插入钻孔(8)，定位销(7)和钻孔(8)之间的负荷导入部分(2，3)的外部形状和负荷的导入，目的是防止定位销(7)偏离中心轴上的钻孔(8)，形成焊偏，会导致测量结果的不准。

此外，绕着纵向轴在圆周方向做圆周运动的是在测量部分(4)增加的导套环(11)，其中导套环上边的接触面是(6)，它同样也是环状。测量部分(4)的接触面(6)接触的是负荷导入部分(2，3)，这就形成了负荷导入部分的接触面(5)。

过渡部分的几何形状是(13)，与负荷导入部分(2，3)相邻，如果沿着中心轴方向没有相对的运动，它们的几何形状就是接触面(5和6)。上述的用于辅助焊接的中心定位结构仅仅上让技术人员更容易理解其原理，并不构成对保护范围的限制。

焊接后形成焊瘤，然后进行热处理及机加工后即可进行有效的去除，在根据需要制作成不同类型的传感器。

作为另外的实施方式，其中图2a到图2e图，展示了图1中的各种部分毛坯件的基本的变形。其中两种毛坯件的主体基本相同，不同之处在于两结合面处的是对中定位结构的不同，当然，主体也可以根据需要做成中空的圆筒状。

图2a和图1的不同的地方是定位销(7)和钻孔(8)交换了，换句话说，定位销(7)是测量部分(4)的一部分，而钻孔(8)则属于了负荷导入部分(2，3)

图2a和图1的另一点的不同之处是套环(11)由负荷导入部分(2，3)形成。

图2b中，测试部分(4)是以中心轴方向上的圆周的导套(10)作为定心。导套(10)的内径和外径相当于负荷导入部分(2，3)的内径和外径。因此，负荷导入部分(2，3)能够和测量部分(4)在导套(10)的內缘上紧密的连接在一起。

图2c也是一样，导套(10)也是图2d中的这种的定心方式，它属于负荷导入部分(2，3)。这种情况下，导套的内径使得测量部分(4)和负荷导入部分(2，3)紧密的连接在一起。测量部分(4)的外部接触的是导套(10)的內缘。

图2d中，绕着纵向中心轴L运行，未采用定位销的定位方式。在这种情况下，摩擦焊机要采用定位精度高的定位夹具来实现定位。定位精度依赖结合面(9)与负荷导入部分(2，3)和测量部分(4)的尺寸精度及同轴精度。

图2d到图2f，与图1的不同之处是没有定位销，这里采用了另外的定心方式。测量部分(4)的形式与图1不同之处是采用圆筒形式。

图2e中定心方式由导套(10)提供。导套(10)的内径和外径相当于负荷导入部分(2，3)的内径和外径。因此，负荷导入部分(2，3)能够和测量部分(4)在导套(10)的內缘上紧密的连接在一起。

图2f也是一样，导套(10)也是图2e中的这种的定心方式，它属于负荷导入部分(2，3)。这种情况下，导套的内径使得测量部分(4)和负荷导入部分(2，3)紧密的连接在一起。测量部分(4)的外部接触的是导套(10)的內缘。

在图3a到图3c表示了焊接工艺过程，他们的负荷导入部分(2，3)的所用材料比测量部分(4)所用的材料好。

图3a有两种类型的粗坯，即负荷导入部分毛坯件(14，16)和测量部分毛坯件15，这些就是负荷导入部分(2)和(3)形成焊接的地方。

负荷导入部分毛坯件14所用的材料应具有较高的抗腐蚀性能。而测量部分毛坯件15则应该具有特别好的计量性能，如弹性滞后小。

现在第一个流程步骤就是机加工制备负荷导入部分毛坯件(14，16)和测量部分毛坯件15，然后在摩擦焊机上将两负荷导入部分毛坯件分别焊接在测量部分毛坯件的两端，形成一弹性体毛坯件，摩擦焊中间的部分的示意图如图3b和图3e所示，他们自然是用摩擦焊连接在一起的。接着对弹性体毛坯件进行加工过程，即切削加工，就像加工一个整体一样，我们把它看作是一种单一的材料。即对中间测量部分进行加工，根据不同的量程选择不同的形状，如圆柱、方柱、对称盲孔、圆筒等形状。当然在机加工之前也可以增加一个热处理工艺，消除焊接应力。

机械加工后，就得到了弹性体(1)，就像图3c和图3f显示的一样，弹性体(1)，如图1所示，由负荷导入部分(2，3)和测量部分(4)组成，负荷导入部分(2，3)最大的优点是耐腐蚀性，测量部分(4)最大的优点是计量性能。

以上说明仅仅是最大程度的让技术人员明白和理解本发明的实质和具体的实施步骤，并非对本发明的保护范围的限制。

Claims (6)

1.一种称重传感器的弹性体，其特征在于：所述弹性体是由至少一个负荷导入部分和中间的应变测量部分(4)组成的一体式结构，所述弹性体(1)的形成是通过采用不同金属材料的所述负荷导入部分和应变测量部分通过摩擦焊工艺连成一体的，所述负荷导入部分采用不锈钢，所述应变测量部分采用铝合金或合金钢。

2.根据权利要求1所述的一种称重传感器的弹性体，其特征在于，所述负荷导入部分金属的耐腐蚀性高于应变测量部分金属的耐腐蚀性；所述应变测量部分金属的计量性能高于负荷导入部分金属的计量性能。

3.根据权利要求2所述的一种称重传感器的弹性体，其特征在于，所述的计量性能至少包括材料的线性、滞后性能和蠕变性能。

4.根据权利要求1所述的一种称重传感器的弹性体，其特征在于，所述负荷导入部分不锈钢中Cr含量在13％以上。

5.根据权利要求1所述的一种称重传感器的弹性体，其特征在于，所述测量部分两端与导入部分接近部位设有环形的过渡凹槽。

6.根据权利要求1所述的一种称重传感器的弹性体，其特征在于，所述负荷导入部分为两个，分居于应变测量部分两端。