CN116124258A - 称重传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种称重传感器装置，所述称重传感器装置包括力加载件和平行梁弹性体，所述平行梁弹性体上设有若干个应变片，其中，所述称重传感器装置还包括具有短臂端和长臂端的杠杆，所述平行梁弹性体的一端固定于所述力加载件及所述杠杆的短臂端，所述杠杆的长臂端设置有配重块。本发明提供的称重传感器装置经济、高效、且测量精度高。

Description

称重传感器装置

【技术领域】

本发明涉及称重技术领域，尤其涉及一种称重传感器装置。

【背景技术】

称重传感器是将被测物体的重量信息转换成电信号，进而获得物体重量的一类传感器，被广泛应用于衡器领域。

目前最常用的称重传感器采用的是应变式，它是利用应变片结合金属弹性体的方式，通过在弹性体上创建应力集中区域，并在应力集中区域布置应变片并通过金属连接线组成惠斯通电桥电路，当载荷作用在弹性体时，应变片粘贴区域会发生拉伸或者压缩，应变片阻值将发生变化，实现将应变信号转变成电压信号，从而得出被测物体的重量信息，具有结构紧凑、原理简单、价格低等优点。

但是目前的称重传感器受制于弹性体材料和加工工艺的影响，以及应变片受温度变化影响的固有属性，现有的应变式传感器通常只能实现万分之五的综合误差，很难实现高精度的测量需求。同时称重传感器的量程与灵敏度之间存在矛盾关系，对于高灵敏度的称重传感器其量程通常较小，这大大限制了大重量物体的高精度测量。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种称重传感器装置，该称重传感器装置经济、高效、且测量精度高。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种称重传感器装置，所述称重传感器装置包括力加载件和平行梁弹性体，所述平行梁弹性体上设有若干个应变片，其中，所述称重传感器装置还包括具有短臂端和长臂端的杠杆，所述平行梁弹性体的一端固定于所述力加载件及所述杠杆的短臂端，所述杠杆的长臂端设置有配重块。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述配重块在所述长臂端上的安装位置可调。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述配重块上设有与所述长臂端配接的配接槽，通过紧固件将所述配重块固定于预定位置。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述配重块的大小可选择地更换。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述称重传感器装置还包括支撑部件，当所述配重块未被翘起时，所述支撑部件用于支撑所述配重块。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述杠杆具有底座，所述支撑部件包括固定于所述底座的固定部、连接于所述固定部且均用于支撑所述配重块的第一支撑臂和第二支撑臂，所述第一支撑臂和第二支撑臂之间间隔一定间距。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一支撑臂上设有用于支撑所述配重块的第一支撑螺钉，所述第二支撑臂上设有用于支撑所述配重块的第二支撑螺钉。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述应变片为半导体应变片。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述力加载件具有安装于外部设备的下安装座和自所述下安装座的一端向上延伸的延伸部，所述延伸部与所述平行梁弹性体的一端及所述杠杆的短臂端相固定。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述长臂端的纵长延伸方向与所述短臂端的纵长延伸方向相垂直。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：由于设置了平行梁弹性体，并在所述平行梁弹性体的一端固定所述杠杆的短臂端，且所述杠杆的长臂端设置有配重块。从而将平行梁弹性体应变式结构结合杠杆式的配重方案。被测物体通过力加载件将载荷作用在平行梁弹性体的末端，可以保证当外界载荷达到设计阈值之前配重块不会被翘起，此时杠杆的拉力与外界载荷相互抵消，平行梁弹性体不发生形变产生输出，而当载荷达到设计阈值时，配重块被翘起，此时继续加大载荷，平行梁弹性体发生形变从而产生输出。从而实现将从0到满量程的载荷迁移至所需的设计量程区间，达到缩小迁移量程的效果，实现在所需量程范围内的高精度测量。与传统的平行梁式的称重传感器相比，采用平行梁弹性体结构结合杠杆配重的方式在所需目标量程内测试结果准确、精度高，因而该称重方案是一种经济、高效、且测量精度高的检测方案。

【附图说明】

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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。其中：

图1是恒压源供电的惠斯通电桥电路原理图。

图2是本申请具体实施例提供的称重传感器装置的立体示意图。

【具体实施方式】

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1至图2所示，本发明提供的具体实施例，该实施例提供了一种称重传感器装置，称重传感器装置包括力加载件8和平行梁弹性体6，平行梁弹性体6上设有若干个应变片，其中，称重传感器装置还包括具有短臂端9和长臂端10的杠杆5，平行梁弹性体6的一端固定于力加载件8及杠杆5的短臂端9，杠杆5的长臂端10设置有配重块2。

本优选实施例中，由于设置了平行梁弹性体6，并在平行梁弹性体6的一端固定杠杆5的短臂端9，且杠杆5的长臂端10设置有配重块2。从而将平行梁弹性体6应变式结构结合杠杆式的配重方案。平行梁弹性体6的受载端在承受外界载荷的同时也受到杠杆5的短臂端9向上拉力的影响。

称重传感器装置工作时，被称重物体通过力加载件8将重量载荷传递至平行梁弹性体6的受载端，当被称重物体较轻时，平行梁弹性体6受载端在外界称重物体载荷与杠杆5的短臂端9拉力的作用下保持平衡，此时平行梁弹性体6几乎不发生形变，从而输出电压信号几乎为0，此时杠杆5的长臂端10的配重块2未被翘起。杠杆5的短臂端9所能提供的最大向上拉力为配重块2质量乘以长臂端10力臂大小，即为阈值载荷。

当外界被称重载荷达到杠杆5的短臂端9所能提供的最大拉力时，配重块2被翘起，此时随着称重物体载荷的增加，平行梁弹性体6受到的实际总载荷为称重物体载荷减去短臂所能提供的最大拉力，在总载荷的作用下，平行梁弹性体6的末端发生向下形变，从而产生相应的电信号输出，实现将满量程载荷迁移至设定载荷区间。通过调节配重块2的尺寸大小可以改变阈值载荷的大小，从而实现不同区间量程的迁移。同时通过配重块2与杠杆5长臂端10位置的调整可以对阈值载荷进行微调，用以实现更多称重需求。实现利用小量程高灵敏度的平行梁弹性体6对大量程区间物体重量的高精度测量，同时不会对平行梁弹性体6造成损坏。

本优选实施例提供的技术方案，可以保证当外界载荷达到设计阈值之前配重块2不会被翘起，此时杠杆5的拉力与外界载荷相互抵消，平行梁弹性体6不发生形变产生输出，而当载荷达到设计阈值时，配重块2被翘起，此时继续加大载荷，平行梁弹性体6发生形变，应变片的阻值发生变化，从而产生输出。从而实现将从0到满量程的载荷迁移至所需的设计量程区间，达到缩小迁移量程的效果，实现在所需量程范围内的高精度测量。与传统的平行梁式的称重传感器相比，采用平行梁弹性体6结构结合杠杆5配重的方式在所需目标量程内测试结果准确、精度高，因而该称重方案是一种经济、高效、且测量精度高的检测方案。

另外，杠杆5采用一体式加工。且杠杆5的材料选择不锈钢或合金结构钢。

优选的，采用柔性铰链充当杠杆5的支点。通过对柔性铰链的结构设计，在保证结构强度的情况下实现高重复性，从而满足每次翘起配重块2的重量误差在允许范围之内。同时加大了柔性铰链的杠杆5支点的宽度，能够有效提高整体结构抗侧向冲击的能力。再者，杠杠中的活动部分采用柔性铰链，能够在保证结构强度的情况下增加机构自由度。

进一步的，配重块2在长臂端10上的安装位置可调。如此设置，可以根据具体测量需要，调节配重块2的位置。

具体的，配重块2上设有与长臂端10配接的配接槽，通过紧固件1将配重块2固定于预定位置。将杠杆5插入到配接槽中，通过调节杠杆5插入配接槽的深度来调节配重块2的安装位置，当将配重块2调节于所需预定位置后，通过紧固件1即螺钉将配重块2锁紧，从而达到微调配重块2被翘起时载荷大小。紧固件1固定于配重块2，通过旋紧紧固件1使其顶紧杠杆5以将配重块2固定于杠杆5上。

另外，配重块2的大小可选择地更换。如此，可以根据称量范围需求，更换配重块2的重量大小，从而满足不同量程区间的高精度测量。

通过设计配重块2的质量以及杠杆5的长短臂比例，可以保证当外界载荷达到设计阈值之前配重块2不会被翘起。

称重传感器装置还包括支撑部件4，当配重块2未被翘起时，支撑部件4用于支撑配重块2。具体的，当配重块2未被翘起时，支撑部件4在竖直方向上向上支撑配重块2。平行梁弹性体6的另一端通过螺栓螺母与支撑部件4固定。

杠杆5具有底座，支撑部件4包括固定于底座的固定部12、连接于固定部12且均用于支撑配重块2的第一支撑臂14和第二支撑臂16，第一支撑臂14和第二支撑臂16之间间隔一定间距。具体的，第一支撑臂14和第二支撑臂16相平行，且第一支撑臂14和第二支撑臂16位于同一水平面上。

进一步的，第一支撑臂14上设有用于支撑配重块2的第一支撑螺钉18，第二支撑臂16上设有用于支撑配重块2的第二支撑螺钉20。

具体的，应变片为半导体应变片。半导体应变片具有远高于金属应变片的灵敏度系数，能够大大增加称重传感器装置的原始信号输出，提高分辨率，同时降低环境噪声等因素对称重传感器装置信号输出的影响。

进一步的，四个应变片粘贴于平行梁弹性体6的外侧。

平行梁弹性体6的上侧部设置两个应变片，平行梁弹性体6上与上侧部相背对的下侧部也设置两个应变片。具体的，平行梁弹性体6的上侧部设置两个半导体应变片，平行梁弹性体6上与上侧部相背对的下侧部也设置两个半导体应变片。

半导体应变片通过金属引线连接成如图1所示的惠斯通电桥电路，惠斯通电桥电路中，半导体应变片用R₁、R₂、R₃、R₄表示，并将金属引线连接至平行梁弹性体6两侧的接线端子上，利用接线端子建立平行梁弹性体6与外部设备的电气连接。当外界称重物体达到设计阈值时，平行梁弹性体6发生位移形变，半导体应变片会产生拉伸或压缩，半导体应变片的电阻阻值发生改变，电桥失去平衡从而输出电信号，根据输出电信号能够得出被测物体重量信息。

力加载件8具有安装于外部设备的下安装座22和自下安装座22的一端向上延伸的延伸部24，延伸部24与平行梁弹性体6的一端及杠杆5的短臂端9相固定。

长臂端10的纵长延伸方向与短臂端9的纵长延伸方向相垂直。具体的，当配重块2未被翘起时，长臂端10沿水平方向延伸，短臂端9沿竖直方向且向下延伸。本实施例中的向上和向下等方向均以称重传感器装置处于正常待使用状态为参照。

平行梁弹性体6还包括前侧部和与前侧部相背对的后侧部，且前侧部和后侧部均连接上侧部和下侧部，平行梁弹性体6上设有自前侧部延伸至后侧部的通孔，通孔在横向上的长度大于其在竖直方向上的长度。如此设置，能够有效提高平行梁弹性体6的通孔处的最大应变，从而进一步提高平行梁弹性体6的输出。

具体的，通孔包括第一长孔28、第二长孔及连通第一长孔28和第二长孔的长方孔30，第一长孔28、长方孔30和第二长孔沿平行梁弹性体6的纵长延伸方向排布。优选的，第一长孔28和第二长孔的形状和大小完全相同，第一长孔28和第二长孔在竖直方向上的尺寸大于长方孔30的宽度，且第一长孔28和第二长孔在水平方向上的尺寸小于长方孔30的长度。本实施例中，第一长孔28包括上半圆孔、下半圆孔、及连通上半圆孔和下半圆孔的方孔，方孔在竖直方向上的宽度与长方孔30的宽度相等。

上述仅为本发明的一个具体实施方式，其它基于本发明构思的前提下做出的任何改进都视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种称重传感器装置，所述称重传感器装置包括力加载件和平行梁弹性体，所述平行梁弹性体上设有若干个应变片，其特征在于，所述称重传感器装置还包括具有短臂端和长臂端的杠杆，所述平行梁弹性体的一端固定于所述力加载件及所述杠杆的短臂端，所述杠杆的长臂端设置有配重块。

2.根据权利要求1所述的称重传感器装置，其特征在于，所述配重块在所述长臂端上的安装位置可调。

3.根据权利要求2所述的称重传感器装置，其特征在于，所述配重块上设有与所述长臂端配接的配接槽，通过紧固件将所述配重块固定于预定位置。

4.根据权利要求1所述的称重传感器装置，其特征在于，所述配重块的大小可选择地更换。

5.根据权利要求1所述的称重传感器装置，其特征在于，所述称重传感器装置还包括支撑部件，当所述配重块未被翘起时，所述支撑部件用于支撑所述配重块。

6.根据权利要求5所述的称重传感器装置，其特征在于，所述杠杆具有底座，所述支撑部件包括固定于所述底座的固定部、连接于所述固定部且均用于支撑所述配重块的第一支撑臂和第二支撑臂，所述第一支撑臂和第二支撑臂之间间隔一定间距。

7.根据权利要求6所述的称重传感器装置，其特征在于，所述第一支撑臂上设有用于支撑所述配重块的第一支撑螺钉，所述第二支撑臂上设有用于支撑所述配重块的第二支撑螺钉。

8.根据权利要求1所述的称重传感器装置，其特征在于，所述应变片为半导体应变片。

9.根据权利要求1所述的称重传感器装置，其特征在于，所述力加载件具有安装于外部设备的下安装座和自所述下安装座的一端向上延伸的延伸部，所述延伸部与所述平行梁弹性体的一端及所述杠杆的短臂端相固定。

10.根据权利要求1所述的称重传感器装置，其特征在于，所述长臂端的纵长延伸方向与所述短臂端的纵长延伸方向相垂直。

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