CN108444549A - 一种测力/扭矩传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种测力/扭矩传感器，包括：弹性基底；基片，其设置在所述弹性体上，作为中间基底使用；以及全桥敏感元件，其设置在所述基片上,用于检测所述弹性基底发生形变时的扭力值和扭矩值、并可多路输出检测结果。本发明提供的测力/扭矩传感器，通过在测力/扭矩传感器的弹性基底上设置陶瓷基片，并在陶瓷基片上设置厚膜全桥敏感元件，进行扭力和扭矩测量，一方面有效地克服了陶瓷基底的弹性强度低，脆性大缺点的问题，使得该传感器能够在各种动态冲击条件下使用；另一方面实现了扭力和扭矩的高输出灵敏度多参数测量和多通道传输。

Description

一种测力/扭矩传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种测力/扭矩传感器。
背景技术
国内已有各种环形测力传感器，其敏感元件结构均为电阻应变式即在金属弹性体上粘贴金属箔式应变计或半导体应变片将弹性体受力后弹性形变转变为电阻变化，通过组成电桥提供输出。这类结构存在着以下不足：箔式电阻应变片灵敏度低、尺寸无法做得太小，内阻低，不能满足低外形，微功耗要求；半导体应变片，尺寸虽小内阻可高，灵敏度高，用于材料对温度敏感，温度系数大，工作温度范围一般-10°--+60℃难以再提高。
陶瓷厚膜应变敏感元件性能介于前两者之间，可获得小尺寸高内阻，其为玻璃釉结构经丝网漏印，高温烧结在平面陶瓷弹性体上，由于陶瓷材料柔性低、脆性大限制传感器不适于动态冲击力使用场合。
目前所有环形测力传感器均为金属应变式单参数单通道测力，一路电桥输出。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种测力/扭矩传感器，旨在解决现有传感器不适于动态冲击力使用场合，且测量、输出单一的问题。
本发明提出了一种测力/扭矩传感器，包括：
弹性基底；
基片，其设置在所述弹性体上，作为中间基底使用；以及
全桥敏感元件，其设置在所述基片上, 用于检测所述弹性基体发生形变时的扭力值和扭矩值、并可多路输出检测结果。
进一步地，上述测力/扭矩传感器中，所述弹性基底上设置有凹槽，所述陶瓷基片设置在所述凹槽内。
进一步地，上述测力/扭矩传感器中，所述凹槽设置在所述弹性基底的侧壁。
进一步地，上述测力/扭矩传感器中，所述陶瓷基片以预设距离相对地粘贴在所述凹槽的底部。
进一步地，上述测力/扭矩传感器中，所述基片由陶瓷材料制成。
进一步地，上述测力/扭矩传感器中，所述陶瓷材料为氧化铝陶瓷材料。
进一步地，上述测力/扭矩传感器中，所述全桥敏感元件为全桥厚膜电阻。
进一步地，上述测力/扭矩传感器中，所述全桥厚膜电阻包括：力敏电阻以及全桥所需的零位补偿电阻和零点温度补偿电阻。
进一步地，上述测力/扭矩传感器中，所述弹性基底为环状构件。
进一步地，上述测力/扭矩传感器中，所述弹性基底由金属材料制作而成。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的测力/扭矩传感器，通过在测力/扭矩传感器的弹性基底上设置陶瓷基片，并在陶瓷基片上设置厚膜全桥敏感元件，进行扭力和扭矩测量，一方面有效地克服了陶瓷基底的弹性强度低，脆性大缺点的问题，使得该传感器能够在各种动态冲击条件下使用；另一方面实现了扭力和扭矩的多参数测量和多通道传输。
进一步地，本发明中的测力/扭矩传感器，通过将厚膜全桥敏感元件设置在陶瓷基片上，在使用的过程中能够根据需求，将特定数量的陶瓷基片粘贴在弹性基体的特定位置上即可，极大地方便了敏感元件的设置，有效地保证传感器进行扭力和/或扭矩测量的精确性。
尤其是，本发明的测力/扭矩传感器，通过在弹性基体上开设凹槽，在使用的过程中，只需根据实际情况将带有全桥敏感元件的基片设置在凹槽的特定位置上，有效地保证了检测过程中敏感元件的稳定性，确保了检测结果的准确性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的测力/扭矩传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的测力/扭矩传感器沿A-A的剖视示图；
图3为本发明实施例提供的测力/扭矩传感器测力时敏感电阻的排列方式；
图4为本发明实施例提供的测力/扭矩传感器测扭距时敏感电阻的排列方式。
在图中：1为弹性基底，2为基片，3为全桥敏感元件，4为贯穿孔，R1-R4为电阻。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参阅图1-4所示，为本发明实施例提供的测力/扭矩传感器，其包括：弹性基底1、基片2以及全桥敏感元件3。其中，弹性基底1为传感器的本体，用于设置传感器的其他构成部件，以保证传感器功能的正常发挥；基片2设置在弹性基片底1上，作为全桥敏感元件3的中间基底，在使用的过程中维持全桥敏感元件3在变形传递过程中的稳定性，并保证全桥敏感元件3检测能的正常发挥；全桥敏感元件3设置在基片2上，在使用的过程中用于检测弹性基体1在使用或工作的过程中发生形变时的扭力值和扭矩值、并通过多路电桥输出检测结果，以确保检测结果的准确性。
具体而言，弹性基底1为一片状结构，其作为传感器的本体，在使用的过程中，一方面用于连接或设置传感器的其他构成部件，以形成完整的测力/扭矩传感器，保证测力/扭矩传感器功能的正常发挥；另一方面用于承受测力/扭矩传感器外部介质施加的力。弹性基底1的制作材料可以为金属、塑料以及陶瓷等任意材料，只要在使用的过程中能够发生一定限度的弹性形变即可。同时，为了保证基片2能够方便的设置在弹性基底1上，并且确保基片2在使用的稳定性，可以在弹性基底1上开设若干数量的凹槽11。凹槽11在弹性基底1上的具体设置位置可以根据使用需求进行选择，例如将凹槽11设置在弹性基底1的侧面。此外，弹性基底1形状可以为圆形、矩形、环形等任意形状，只要能够满足使用需求即可。
本实施例中，作为传感器的本体的弹性基底1为一环形金属片状结构，其中心位置开设有贯穿孔4，内外侧面和上下表面均开设有一条凹槽11，凹槽11的宽度和深度可以根据具体情况进行确定，一方面有效地保证了测力/扭矩传感器在使用过程中的弹性形变能力，克服了传统的陶瓷基底的弹性强度低，脆性大缺点，使得该传感器能够在各种动态冲击条件下使用；另一方面极大地降低基片在弹性基底上设置的难度，确保操作人员能够根据使用过程中的具体情况进行基片的布设，进而在一定程度上保证了后续检测结果的准确性。
具体而言，基片2为片状结构，在作为承载全桥敏感元件3的载体，在使用的过程中用于固定全桥敏感元件3，以维持全桥敏感元件3在检测过程中应力传递的稳定性，进而确保其检测结果准确性以及精确性。基片2的制作材料可以为任意材料，例如金属材料、塑料、陶瓷材料等，只要具有一定的硬度及强度，在使用的过程中能够产生弹性变形即可。基片2的形状可以为任意形状，例如圆形、矩形、菱形等，只要能够作为全桥敏感元件3的载体使用即可。至于基片2的大小，可以根据弹性基底1上的凹槽11进行确定。此外，基片2可以通过粘贴、焊接或卡接等任意方式设置在弹性基体1上开设的凹槽11内，其设置部位可以根据实际情况进行选择。
本实施例中，作为承载全桥敏感元件3的载体的基片2为一由氧化铝陶瓷材料制作而成的矩形片状结构，在使用的过程之中通过粘贴的方式、并以一定间隔相对地固定在弹性基体1上布设的凹槽11底部，使得基片2的载体作用在使用过程中能够得到充分保证，一方面有效的保证了基片2自身在使用过程中的稳定性；另一方面极大地提升了全桥敏感元件3在进行扭力及扭矩检测过程中的灵敏度，进而确保其检测结果与输出结果的准确性和精确性。
具体而言，全桥敏感元件3为传感器中的核心构件，在使用的过程中主要用于进行扭力与扭矩检测，并及时的将检测结果输出。全桥敏感元件3是通过将不同种类的敏感电阻经过特定排列方式排列、并桥接在一起形成，在使用时将其通过焊接、粘贴以及印烧等方式固定在基片2上，并与基片2形成一个牢固的整体结构，并固定在弹性基底1上以进行扭力、扭矩以及扭力和扭矩测定。
本实施例中，全桥敏感元件3为四个力敏电阻全桥结构，同时具有电桥零位补偿电阻及零点温度补偿电阻，经过特定排列方式排列之后，通过钌系厚膜丝网印刷及高温烧结在同一片基上，以获得一种高内阻、高灵敏度、支撑力强的单片钌系整体厚膜敏感元件，在使用的过程中，将该单片钌系厚膜整体敏感元件设置在弹性基底1上的凹槽11内，以形成一种厚度低、内阻高、微功耗的传感器。
上述实施例中，通过在弹性基底1侧面凹槽11的各个面上设置多个全桥敏感元件3，并通过改变全桥敏感元件3中敏感电阻的排列方式，能够分别制成测力、扭矩以及同时测量力和扭矩的多通道输出传感器。
显然可以得出的是，本发明中通过采用金属弹性元件，克服了陶瓷基底弹性强度低，脆性大缺点，使得传感器能够在各种动态冲击条件下使用。同时，通过采用钌系厚膜敏感元件，极大地降低了尺寸，获得了高内阻、高灵敏度、能够支撑低外形，高内阻的传感器，其便于安装，能够满足在许多要求环形测力垫片传感器厚度低、高内阻、微功耗电池供电系统的需求。此外，通过单片全桥敏感元件方式，可获得多路输出传感器，改变敏感元件电阻排列方式，可制成测力/扭矩同时测量双参数传感器。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种测力/扭矩传感器，其特征在于，包括：
弹性基底（1）；
基片（2），其设置在所述弹性体（1）上，作为中间基底使用；以及
全桥敏感元件（3），其设置在所述基片（2）上, 用于检测所述弹性基底（1）发生形变时的扭力值和扭矩值、并可多路输出检测结果。
2.根据权利要求1所述的测力/扭矩传感器，其特征在于，所述弹性基底（1）上设置有凹槽（11），所述基片（2）设置在所述凹槽（11）内。
3.根据权利要求2所述的测力/扭矩传感器，其特征在于，所述凹槽（11）设置在所述弹性基底（1）的侧壁。
4.根据权利要求3所述的测力/扭矩传感器，其特征在于，所述基片（2）以预设距离相对地粘贴在所述凹槽（11）底部。
5.根据权利要求1所述的测力/扭矩传感器，其特征在于，所述基片（2）由陶瓷材料制成。
6.根据权利要求5所述的测力/扭矩传感器，其特征在于，所述陶瓷材料为氧化铝陶瓷材料。
7.根据权利要求1所述的测力/扭矩传感器，其特征在于，所述全桥敏感元件（3）为全桥厚膜电阻。
8.根据权利要求7所述的测力/扭矩传感器，其特征在于，所述全桥厚膜电阻包括：力敏电阻以及全桥所需的零位补偿电阻和零点温度补偿电阻。
9.根据权利要求1所述的测力/扭矩传感器，其特征在于，所述弹性基底（1）为环形构件。
10.根据权利要求1-9所述的测力/扭矩传感器，其特征在于，所述弹性基底（1）由金属材料制作而成。
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