CN105675097A - 一种冗余称重传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冗余称重传感器，包括球形承载压头、弹性体和电阻应变片，所述球形承载压头紧贴在所述弹性体上，所述电阻应变片安装在所述弹性体内，分别粘贴在所述弹性体受拉方向与受压方向的两面，所述两个方向的电阻应变片形成两个及以上的独立测力检测电路。所述弹性体是轮辐梁式结构，由轮毂、轮辐和轮箍组成，所述轮毂位于内圈中心，所述轮箍位于外圈，所述轮辐均匀分布连接在所述轮毂与轮辐之间。外力通过所述球形承载压头加载荷作用于所述轮毂的顶部和轮箍的底部，在所述轮箍和轮毂间的轮辐上受到纯剪切力，通过测量该力来间接测量载荷。本发明具有冗余的测力检测电路，当其中一路发生故障时，依然可以输出正确测力结果。

Description

一种冗余称重传感器
【技术领域】
本发明涉及称重设备与传感器技术领域，特别涉及一种用于称重设备的冗余称重传感器。
【背景技术】
称重传感器是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置，主要用于称重测力的场合，例如地磅、平台秤等相关称重设备。也用于像拉力机、压力机、以及其他力值检测的设备。而传统的称重传感器只有一路测力输出，当发生故障时就无法工作。
目前已有的技术都是单路测力输出，没有冗余测力功能。例如发明专利《多量程数字式电子汽车衡》申请号：201110333147.9，虽然将多个不同量程的弹性体制作成一体，能根据称重物体重量自动识别量程范围的功能，可按量程段自动调整分度值，但是不具备冗余测力功能。
发明专利《基于上下镜像安装称重传感器的在线全冗余质量质心测量装置》申请号：201410171499.2，通过采用相同的称量单元、两套相互独立的称重传感器上下镜像安装实现称重系统的冗余。但都是单一传感器并不具备冗余功能。
【发明内容】
有鉴于此，为克服现有技术的不足，本发明提供一种冗余称重传感器，具有冗余的测力检测电路，当其中一路发生故障时，可通过该冗余检测电路继续正常工作。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种冗余称重传感器，包括球形承载压头、弹性体和电阻应变片，所述球形承载压头紧贴在所述弹性体上，所述电阻应变片安装在所述弹性体内，分别粘贴在所述弹性体受拉方向与受压方向的两面，所述两个方向的电阻应变片形成两个及以上的独立测力检测电路。
进一步，所述弹性体是轮辐梁式结构，由轮毂、轮辐和轮箍组成，所述轮毂位于内圈中心，所述轮箍位于外圈，所述轮辐设有多个，均匀分布连接在所述轮毂与轮辐之间，整体就像一个车轮。
外力通过所述球形承载压头加载荷作用于所述轮毂的顶部和轮箍的底部，在所述轮箍和轮毂间的轮辐上受到纯剪切力，通过测量该力来间接测量载荷。
较佳地，所述电阻应变片分别粘贴在所述轮辐梁式弹性体的各轮辐侧面中间与中性轴线成45°的方向上，由材料力学可知：在正负45°方向上，分别收拉压应力，一面的电阻应变片贴在受拉方向，另一面的电阻应变片贴在受压方向，每对轮辐的两个受拉或受压应变片串联成一个桥臂。
所述电阻应变片为转换元件，是将压力信号转变成电信号，导入测量电路。电阻应变片是基于应变效应制作的，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应的发生变化，这种现象称为“应变效应”。
进一步，所述弹性体还可以采用悬臂梁式、圆柱式等不同结构。
其中所述球形承载压头主要起抗偏载、抗扭、抗侧作用。
本发明的工作原理是：所述轮辐梁式弹性体在外力作用下通过球形承载压头使之产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片也随同产生变形，所述电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化(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，从而完成了将外力变换为电信号的过程。
本发明的有益效果是，具有两路及以上的测力检测电路，当其中一路发生故障时，冗余的检测电路依然可以输出正确测力结果，使称重传感器在发生故障时依然可以正常工作，增加了可靠性。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A-A向剖视图。
图3为本发明的测力检测电路。
图4为本发明的另一冗余测力检测电路。
图中，1、球形承载压头，2、轮辐梁式弹性体，21、轮毂，22、轮辐，23、轮箍，3、电阻应变片。
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
参照图1与图2，一种冗余称重传感器，包括球形承载压头1、轮辐梁式弹性体2和电阻应变片3，轮辐梁式弹性体2由轮毂21、轮辐22和轮箍23组成，所述轮毂21位于内圈中心，所述轮箍23位于外圈，所述轮辐22设有八个，均匀分布连接在所述轮毂21与轮辐23之间，整体就像一个车轮。
球形承载压头1紧贴在轮辐梁式弹性体2上，主要起抗偏载、抗扭、抗侧作用。所述电阻应变片3安装在轮辐梁式弹性体2内，分别粘贴在轮辐22受拉方向与受压方向的两面，所述两个方向的电阻应变片3分别形成一个测力检测电路L1与另一个冗余测力检测电路L2，如图3及图4所示。
如图1所示，各个电阻应变片3分别粘贴在所述轮辐梁式弹性体2的各轮辐22侧面中间与中性轴线成45°的方向上，由材料力学可知：在正负45°方向上，分别收拉压应力，一面的电阻应变片3贴在受拉方向，另一面的电阻应变片3贴在受压方向，每对轮辐22的两个受拉或受压应变片串联成一个桥臂。
外力F通过球形承载压头1加载荷作用于轮毂21的顶部和轮箍23的底部，在轮箍23和轮毂21之间的轮辐22上受到纯剪切力，通过测量该力来间接测量载荷。只要弹性结构刚度足够大，就可以将轮辐22视为一根两端固定的梁，每根轮辐22上受到的剪切力为载荷为的1/8。对于矩形截面的轮辐22，由材料力学平面应力状态下的主应力公式可知：与中性面成45°方向的正应力σ′等于最大剪应力τmax，其计算公式为：
式中：b为轮辐22截面的宽；h为截面的高；F为载荷。
设计时要求τmax≤[τ]＝0.75[σ]，其中[τ]为许用剪应力；[σ]为许用应力；是材料的屈服极限。
将电阻应变片3分别粘贴在各轮辐22侧面中间与中性轴线成45°的方向上，由材料力学可知：在正负45°方向上，分别收拉压应力，一面的应变片贴在受拉方向，另一面的应变片贴在受压方向。如图1，其中Ti(i＝1，2，…，8)表示受拉应变片，其中Ci(i＝1，2，…，8)表示受压应变片。冗余称重传感器中应变片的布置和电桥接线情况如图2所示。为了消除偏心载荷对输出的影响，每对轮辐22的两个受拉或受压应变片串联成一个桥臂，如图3及图4所示。
本发明作用原理是，上述轮辐梁式弹性体2在外力作用F下通过球形承载压头1使之产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片3也随同产生变形，所述电阻应变片3变形后，它的阻值将发生变化(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，从而完成了将外力变换为电信号的过程。
本发明具有L1、L2两个独立的测力检测电路，当其中一路发生故障时，冗余的检测电路依然可以输出正确测力结果，可靠性更高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种冗余称重传感器，其特征在于，包括球形承载压头、弹性体和电阻应变片，所述球形承载压头紧贴在所述弹性体上，所述电阻应变片安装在所述弹性体内，分别粘贴在所述弹性体受拉方向与受压方向的两面，所述两个方向的电阻应变片形成两个及以上的独立测力检测电路。
2.如权利要求1所述的一种冗余称重传感器，其特征在于，所述弹性体是轮辐梁式结构，由轮毂、轮辐和轮箍组成，所述轮毂位于内圈中心，所述轮箍位于外圈，所述轮辐设有多个，均匀分布连接在所述轮毂与轮辐之间。
3.根据权利要求2所述的一种冗余称重传感器，其特征在于，所述电阻应变片分别粘贴在所述轮辐梁式弹性体的各轮辐侧面中间与中性轴线成45°的方向上。
4.根据权利要求1或2所述的一种冗余称重传感器，其特征在于，所述弹性体为悬臂梁式或圆柱式结构。
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