CN109813472A - 一种嵌入式负荷传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于负荷传感器技术领域，尤其涉及一种嵌入式负荷传感器。嵌入式负荷传感器包括金属弹性体、基板、电阻应变片、固态流变体和底座；所述基板上设置有凹槽，所述金属弹性体镶嵌在凹槽内，且金属弹性体的下表面与基板的下表面处于同一平面；所述基板和底座之间形成有密闭空间，所述固态流变体设置在密闭空间内；所述金属弹性体位于远离底座一侧的表面上设置有第一凹槽，多个所述电阻应变片设置在第一凹槽内。本申请中通过基板、金属弹性体、固态流变体和底座之间的配合使用，缩小了金属弹性体的体积，解决了大负荷传感器制造困难的问题。
Description
技术领域
本发明属于负荷传感器技术领域，尤其涉及一种嵌入式负荷传感器。
背景技术
当前国内外常用的负荷传感器结构型式主要有柱状式、轮辐式、圆环状等，这些传感器由于结构型式的不同，其变形方式不同，通过电阻应变片感受变形的方法也不同：柱状式传感器测量的是柱状弹性体的压缩变形；轮辐式传感器测量的是辐条的剪切变形；圆环状传感器同时测量圆环弹性体的压缩和拉伸变形。这些结构型式的传感器各有其优缺点。如柱状式和轮辐式传感器精度高，但结构尺寸过大；圆环状传感器精度略低，适应于特定情况。上述这些传感器存在的缺点使其在许多情况下无法使用，特别地，当传感器设计承载力很大时，上述各种负荷传感器的弹性体由于没有现成的合金钢毛坯材料，需特殊定制，钢厂对特殊定制的钢材均要求最小的起订量，由于大承载力传感器的用量少，满足钢厂最小起订量的要求时费用是难以承受的。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有存在的技术问题，本发明提供了一种嵌入式负荷传感器，能够解决现有负荷式传感器中存在由于自身结构尺寸或精度的原因适用性差的问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种嵌入式负荷传感器，其包括金属弹性体、基板、电阻应变片、固态流变体和底座；
所述基板上设置有凹槽，所述金属弹性体镶嵌在凹槽内，且金属弹性体的下表面与基板的下表面处于同一平面；
所述基板和底座之间形成有密闭空间，所述固态流变体设置在密闭空间内；
所述金属弹性体位于远离底座一侧的表面上设置有第一凹槽，多个所述电阻应变片设置在第一凹槽的槽底。
优选地，所述金属弹性体由合金钢制成，所述基板由普通钢板制成。
优选地，所述基板上设置有一个金属弹性体，该金属弹性体镶嵌在基板上。
优选地，所述基板上设置有多个金属弹性体，多个金属弹性体均匀地镶嵌在基板上。
优选地，所述金属弹性体为圆形。
优选地，所述第一凹槽为圆形、多边形或环形。
优选地，多个所述电阻应变片均匀地分布在第一凹槽的槽底。
优选地，所述底座的下表面为平面或曲面，在上表面上设置有第二凹槽，第二凹槽的形状与基板的形状相适配；
所述基板设置在第二凹槽的开口端，且基板的下表面和第二凹槽之间形成密闭空间；
所述固态流变体设置在所述密闭空间内，上表面与所述基板的下表面接触、下表面与所述第二凹槽的槽底接触、侧立面与所述第二凹槽的侧立面接触。
优选地，所述基板、固态流变体和底座之间还设有圆环状密封圈；
所述密封圈的上表面和下表面分别与基板的下表面和固态流变体的上表面贴合，密封圈的外侧立面与第二凹槽的侧壁贴合。
优选地，所述基板的上表面凸出于底座的下表面设置。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提供的嵌入式负荷传感器，通过基板、金属弹性体、固态流变体和底座之间的配合使用，解决了大负荷传感器弹性体难以制造的问题，并具有精度高，结构高度低，合金钢材质的弹性体尺寸小，便于加工制造，不同承载力的传感器弹性体可标准化的优点，大幅度降低了大负荷传感器弹性体的制造费用，也大大降低了传感器整体制造费用，便于推广应用。
附图说明
图1为本发明具体实施方式提供的嵌入式负荷传感器的剖视图；
图2是图1Ⅰ-Ⅰ剖面图；
图3是图1Ⅱ-Ⅱ剖面图；
图4是本发明具体实施方式提供的嵌入多个弹性体的嵌入式负荷传感器的剖面图；
图5是图4的Ⅳ-Ⅳ剖面图；
图6是本发明具体实施方式提供的嵌入式负荷传感器的剖视图，其中，金属弹性体的第一凹槽为多边形；
图7是本发明具体实施方式提供的嵌入式负荷传感器的剖视图，其中，基板上的凹槽为通孔；
图8是本发明具体实施方式提供的嵌入式负荷传感器的剖视图在去掉基板情况下的特例；
图9是本发明具体实施方式提供的嵌入式负荷传感器的剖视图，此嵌入式负荷传感器是去掉了密封圈和底座为平板的一个特例；
图10是本发明具体实施方式提供的嵌入式负荷传感器的剖视图，此嵌入式负荷传感器是去掉了密封圈和底座为平板的另一个特例。
附图标记说明】
1：金属弹性体；2：电阻应变片；3：基板；4：固态流变体；5：密封圈；6：底座；31：连通孔。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1至图3所示，本发明公开了一种嵌入式负荷传感器，其包括金属弹性体1、电阻应变片2、基板3、固态流变体4和底座6。
基板3上设置有凹槽，金属弹性体1镶嵌在凹槽内，且金属弹性体1的下表面与基板3的下表面处于同一平面。
基板3和底座6之间形成有密闭空间，固态流变体4设置在密闭空间内。
金属弹性体1位于远离底座6一侧的表面上设置有第一凹槽，多个电阻应变片2设置在第一凹槽的槽底。
需要说明的是：在本实施方式中，提到的上、下、左、右指的是负荷传感器在使用过程或者附图中显示的方位。
金属弹性体1一般采用合金钢材料经锻造、调质再机加工而成，当负荷很大时，如千吨级甚至万吨级，如果不采用基板3和金属弹性体1配合的形式，金属弹性体1的尺寸很大，需要钢材厂特殊加工，但钢材厂均有最低加工数量要求，由于大负荷传感器数量少，按钢材厂最低加工数量要求造价也难以承受，因此由于经济原因，大负荷传感器弹性体的制造变得非常困难。在本实施方式中，通过基板3和金属弹性体1之间的配合使用，缩小了金属弹性体1的体积，解决了大负荷传感器制造困难的问题。
金属弹性体1由合金钢制成，基板3由普通金属材料(如钢板)制成。金属弹性体1尺寸小，镶嵌于基板3中，基板3可为普通钢板，价格低，加工方便。
在负荷传感器的使用过程中，作用在基板3上表面的荷载一部分直接通过固态流变体4传递至底座6，另一部分则通过金属弹性体1，再传至底座6，由底座6将荷载传递至支承传感器的物体。由于固态流变体4的流动特性，固态流变体4将作用在其上的外荷载均匀地反作用于基板3和金属弹性体1的下表面，使基板3和金属弹性体1的下表面受到等应力作用。由于嵌入基板3的弹性体贴有电阻应变片2，作用在负荷传感器上的荷载将使由这些电阻应变片2组成的电桥产生电压输出，该电压输出与作用在负荷传感器上的荷载成正比。本实施方式解决了大负荷传感器弹性体难以制造的问题，大大降低传感器的制造费用，使得大负荷传感器的推广应用成为可能。
基板3上设置有一个金属弹性体1，当基板3上设置有一个金属弹性体1时，此金属弹性体1可设置在基板3的中间位置或不在中间位置。基板3上也可以设置多个金属弹性体1，当基板3上设置多个金属弹性体1时，多个金属弹性体1可均匀或不均匀地分布在基板3上。
如图4、图5所示，当负荷传感器承受的荷载很大时，可在基板3镶嵌多个金属弹性体1，以提高传感器的可靠性。
金属弹性体1下面为平面或曲面，上面设有第一凹槽，第一凹槽平面形状可为如图3所示的圆形，也可为如图6所示的多边形，当然也可以是环形。第一凹槽较佳的为如图3所示的圆形，圆形的第一凹槽便于加工。
多个电阻应变片2均匀的分布在第一凹槽的底面设置。
金属弹性体1下表面承受固态流变体4均布荷载的反作用，该均布荷载使得金属弹性体1上面第一凹槽部分的弹性体发生弹性弯曲变形，该弹性弯曲变形与作用在金属弹性体1下表面的均布荷载成正比。由于在金属弹性体1的第一凹槽底面粘贴有多个电阻应变片2，第一凹槽部分弹性体的弹性弯曲变形使由多个电阻应变片2组成的电桥产生电压输出，该电压输出与凹槽部分弹性体的弹性弯曲变形成正比，与固态流变体4作用的均布荷载成正比，也与作用在负荷传感器的荷载成正比，因此，通过测量电桥输出电压便可反求作用在负荷传感器上的荷载。
底座6的下表面为平面或曲面，在上表面上设置有第二凹槽，第二凹槽的形状与基板3的形状相适配，基板3设置在第二凹槽的开口端，且基板3的下表面和第二凹槽之间形成密闭空间。设置在密闭空间内的固态流变体4为扁圆柱状，上、下表面为平面或曲面，侧立面为圆柱面，上表面与金属弹性体1和基板3的下表面相贴合，下表面与第二凹槽的底面相贴合，圆柱面与第二凹槽的侧壁相贴合，第二凹槽的侧壁限制固态流变体4的侧向变形。
在基板3、固态流变体4和底座6之间还设有圆环状密封圈5，以防止固态流变体4从基板3与底座6之间的安装缝隙中挤出。密封圈5的上、下表面分别与基板3、固态流变体4相贴合，密封圈5的外侧立面与第二凹槽的侧壁相贴合。
基板3的顶面还设有与弹性体1第一凹槽的连通孔31，作为电阻应变片2所组成电桥的出线孔。
参照图7所示，基板3的凹槽也可上下贯通成为通孔，弹性体1镶嵌于该通孔中，弹性体1的上表面和下表面分别与基板的上表面和下表面在同一平面，如图7所示。
在传感器承受的负荷不是很大时，可以去掉基板3，由弹性体承担全部的荷载作用，如图8所示。
当流变体承受的均布应力不大时，可去掉密封圈5，同时去掉底座6的凹槽，底座6成为一块平板，如图9和图10所示。
综上所述，本实施方式提供的嵌入式负荷传感器的优点是：解决了大负荷传感器弹性体难以制造的问题，精度高，结构高度低，合金钢材质的弹性体尺寸小，便于加工制造，不同承载力的传感器弹性体可标准化，大幅度降低了传感器弹性体的制造费用，也大大降低了传感器整体制造费用，便于推广应用。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种嵌入式负荷传感器，其特征在于：包括金属弹性体、基板、电阻应变片、固态流变体和底座；
所述基板上设置有凹槽，所述金属弹性体镶嵌在凹槽内，且金属弹性体的下表面与基板的下表面处于同一平面；
所述基板和底座之间形成有密闭空间，所述固态流变体设置在密闭空间内；
所述金属弹性体位于远离底座一侧的表面上设置有第一凹槽，多个所述电阻应变片设置在第一凹槽的槽底。
2.根据权利要求1所述的嵌入式负荷传感器，其特征在于，所述金属弹性体由合金钢制成，所述基板由普通金属制成。
3.根据权利要求1所述的嵌入式负荷传感器，其特征在于，所述基板上设置有一个金属弹性体，该金属弹性体镶嵌在基板上。
4.根据权利要求1所述的嵌入式负荷传感器，其特征在于，所述基板上设置有多个金属弹性体，多个金属弹性体均匀地镶嵌在基板上。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的嵌入式负荷传感器，其特征在于，所述金属弹性体为圆形；所述第一凹槽为圆形、多边形或环形。
6.根据权利要求1所述的嵌入式负荷传感器，其特征在于，多个所述电阻应变片均匀的分布在第一凹槽的槽底。
7.根据权利要求1所述的嵌入式负荷传感器，其特征在于，所述底座的下表面为平面或曲面，在上表面上设置有第二凹槽，第二凹槽的形状与基板的形状相适配；
所述基板设置在第二凹槽的开口端，且基板的下表面和第二凹槽之间形成密闭空间。
8.根据权利要求7所述的嵌入式负荷传感器，其特征在于，所述固态流变体设置在所述密闭空间内，上表面与所述基板的下表面接触、下表面与所述第二凹槽的槽底接触、侧立面与所述第二凹槽的侧立面接触。
9.根据权利要求8所述的嵌入式负荷传感器，其特征在于，所述基板、固态流变体和底座之间还设有圆环状密封圈；
所述密封圈的上表面和下表面分别与基板的下表面和固态流变体的上表面贴合，密封圈的外侧立面与第二凹槽的侧壁贴合。
10.根据权利要求9所述的嵌入式负荷传感器，其特征在于，所述基板的上表面凸出于底座的上表面设置。
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