CN206540648U - 一种大力值数字式力传感器 - Google Patents
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Abstract
一种大力值数字式力传感器，包括：呈筒体结构且上下端开口的护套、竖直位于护套中的弹性体、密封焊接于护套下端开口处的底座板Ⅰ、分别固定于护套两侧的接线盒Ⅰ及接线盒Ⅱ、设置于接线盒Ⅰ中的电池盒以及设置于接线盒Ⅱ中的设有惠斯通电桥的电路板。利用长孔的应力集中改变传统柱式弹性体的应力分布，使其轴向及横向的变形一致，从而达到改善非线性误差的目的，最终实现500t以上大力值的力的测量。整个大力值数字式力传感器的密封性能良好，有效提高了防水防腐蚀的效果。温感电阻器通过进行高低温循环和程序控制，检测并确定出应变计需要进行零点和温度零点补偿的具体数值，从而实现了应变计的温度性能的高精度控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种大力值数字式力传感器。
背景技术
目前，传统的柱式传感器，应变计粘贴在柱式结构弹性体外壁上，由于其自身测量结构原理的缺陷使的传感器灵敏度输出与轴向应变不成正比例关系，由此带来传感器的非线性误差。制作过程中需要用半导体应变片来补偿这种非线性，同时还需制作支撑膜片，使传感器两端做出球面，将面接触改为点接触，只有这样才能满足技术指标要求。这对于500t以上大力值传感器而言，除生产工艺的复杂性外，上述结构容易失稳，不适用大力值的承载力测量。同时，传统的大量程模拟柱式传感器信号传输距离短，仅有几十米。
实用新型内容
本实用新型为了克服以上技术的不足，提供了一种可以远距离高精度测量的大力值数字式力传感器。
本实用新型克服其技术问题所采用的技术方案是：
一种大力值数字式力传感器，包括：呈筒体结构且上下端开口的护套、竖直位于护套中的弹性体、密封焊接于护套下端开口处的底座板Ⅰ、分别固定于护套两侧的接线盒Ⅰ及接线盒Ⅱ、设置于接线盒Ⅰ中的电池盒以及设置于接线盒Ⅱ中的设有惠斯通电桥的电路板，所述弹性体顶端位于护套上端开口的外侧且其成球头结构，弹性体的下端通过螺纹紧固件与底座板Ⅰ相连，所述弹性体与护套的上端开口处通过密封装置密封连接，位于护套内的弹性体上沿轴向设置有长孔，应变计以及半导体补偿片）设置于长孔中，位于护套内的弹性体上安装有温感电阻器，所述，应变计、半导体补偿片、温感电阻器以及电池盒均连接于电路板，所述接线盒Ⅰ外端开口处固定有盖板Ⅰ，所述接线盒Ⅱ的外端开口处固定有盖板Ⅱ。
上述密封装置包括圆环形的膜片和膜环，所述弹性体插装于膜环的内孔且相互密封焊接固定，所述膜环插装于膜片的内孔中且相互密封焊接固定，所述膜环的外圈插装于护套的上端开口处，且相互密封焊接固定。
为了起到过载保护作用，还包括设置于弹性体与底座板Ⅰ之间的底座板Ⅱ，所述底座板Ⅱ的下端面与底座板Ⅰ的上端面相接触，所述底座板Ⅱ的上端面与弹性体的下端面相接触，所述底座板Ⅱ的抗压强度小于底座板Ⅰ的抗压强度。
为了提高密封性，上述接线盒Ⅰ与护套、接线盒Ⅱ与护套的连接部位、接线盒Ⅰ与盖板Ⅰ的连接部位以及接线盒Ⅱ与盖板Ⅱ的连接部位分别设置有密封胶层。
为了提高密封性，上述长孔内设置有涂胶层，所述涂胶层将应变计以及半导体补偿片密封于长孔内。
为了实现信号的无线传输，还包括固定于护套外侧的无线发射模块，所述无线发射模块连接于电路板。
为了提高密封性，上述底座板Ⅱ与弹性体及护套内壁之间设置有涂胶层。
上述弹性体采用如下步骤制成：
a)弹性体经车床车削成型后，进入氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠及水按照1:2:0.3:5的比例配成的碱性溶液中浸泡20-30分钟；
b)将经碱性溶液浸泡后的弹性体放入浓度为70%-85%的硫酸溶液中浸泡5-8分钟；
c)利用喷砂机对弹性体的外表面进行喷砂，弹性体的外表面形成若干15-20μm的凹陷槽；
d)将40CrNiMoA材料粉末与硅胶的混合液填充至凹陷槽中；
e)将弹性体外表面电镀形成材料为40CrNiMoA的金属层；
f) 将弹性体加热至1200℃，并保温2-3分钟；
g)将加热后的弹性体冷却至自然温度。
本实用新型的有益效果是：利用长孔的应力集中改变传统柱式弹性体的应力分布，使其轴向及横向的变形一致，从而达到改善非线性误差的目的，应变计测量的形变值通过电路板上的惠斯通电桥，最终实现500t以上大力值的力的测量。由于电池盒封闭设置于接线盒Ⅰ中，电路板封闭设置于接线盒Ⅱ中弹性体下端与底座板Ⅰ密封焊接，其上端开口处通过密封装置与弹性体密封连接，从而整个大力值数字式力传感器的密封性能良好，有效提高了防水防腐蚀的效果。温感电阻器通过进行高低温循环和程序控制，检测并确定出应变计需要进行零点和温度零点补偿的具体数值，从而实现了应变计的温度性能的高精度控制。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图中，1.护套 2.弹性体 3.长孔 4.应变计 5.半导体补偿片 6.接线盒Ⅰ 7.盖板Ⅰ8.电池盒 9.接线盒Ⅱ 10.盖板Ⅱ 11.电路板 12.温感电阻器 13.膜片 14.膜环 15.底座板Ⅰ 16.底座板Ⅱ 17.涂胶层。
具体实施方式
下面结合附图1对本实用新型做进一步说明。
一种大力值数字式力传感器，包括：呈筒体结构且上下端开口的护套1、竖直位于护套1中的弹性体2、密封焊接于护套1下端开口处的底座板Ⅰ 15、分别固定于护套1两侧的接线盒Ⅰ 6及接线盒Ⅱ 9、设置于接线盒Ⅰ 6中的电池盒8以及设置于接线盒Ⅱ 9中的设有惠斯通电桥的电路板11，弹性体2顶端位于护套1上端开口的外侧且其成球头结构，弹性体2的下端通过螺纹紧固件与底座板Ⅰ 15相连，弹性体2与护套1的上端开口处通过密封装置密封连接，位于护套1内的弹性体2上沿轴向设置有长孔3，应变计4以及半导体补偿片5设置于长孔3中，位于护套1内的弹性体2上安装有温感电阻器12，应变计4、半导体补偿片5、温感电阻器12以及电池盒8均连接于电路板11，接线盒Ⅰ 6外端开口处固定有盖板Ⅰ 7，接线盒Ⅱ 9的外端开口处固定有盖板Ⅱ 10。由于应变计4以及半导体补偿片5设置于长孔3内，因此当弹性体2受到压力时，利用长孔3的应力集中改变传统柱式弹性体的应力分布，使其轴向及横向的变形一致，从而达到改善非线性误差的目的，应变计4测量的形变值通过电路板11上的惠斯通电桥，最终实现500t以上大力值的力的测量。由于电池盒8封闭设置于接线盒Ⅰ 6中，电路板11封闭设置于接线盒Ⅱ 9中弹性体2下端与底座板Ⅰ 15密封焊接，其上端开口处通过密封装置与弹性体2密封连接，从而整个大力值数字式力传感器的密封性能良好，有效提高了防水防腐蚀的效果。温感电阻器12通过进行高低温循环和程序控制，检测并确定出应变计需要进行零点和温度零点补偿的具体数值，从而实现了应变计的温度性能的高精度控制。
密封装置可以为如下结构，其包括圆环形的膜片13和膜环14，弹性体2插装于膜环14的内孔且相互密封焊接固定，膜环14插装于膜片13的内孔中且相互密封焊接固定，膜环14的外圈插装于护套1的上端开口处，且相互密封焊接固定。弹性体11可以先预热后与外径较小的膜环14进行焊接，之后膜环14再与已经焊接固定到护套1上的膜片13焊接，从而有效防止了焊接变形的产生，提高了焊接质量和焊接后的密封性。
进一步的，还包括设置于弹性体2与底座板Ⅰ 15之间的底座板Ⅱ 16，底座板Ⅱ 16的下端面与底座板Ⅰ 15的上端面相接触，底座板Ⅱ 16的上端面与弹性体2的下端面相接触，底座板Ⅱ 16的抗压强度小于底座板Ⅰ 15的抗压强度。因此当本大力值数字式力传感器在工作时如果受到的压力值超限时，底座板Ⅱ 16会先压损，从而有效避免了底座板Ⅰ 1与弹性体2的损坏，提高了使用的可靠性。为了进一步提高密封性，接线盒Ⅰ 6与护套1、接线盒Ⅱ 9与护套1的连接部位、接线盒Ⅰ 6与盖板Ⅰ 7的连接部位以及接线盒Ⅱ 9与盖板Ⅱ 10的连接部位分别设置有密封胶层。长孔3内设置有涂胶层，涂胶层将应变计4以及半导体补偿片5密封于长孔3内。底座板Ⅱ 16与弹性体2及护套1内壁之间设置有涂胶层17。从而进一步提高了防水防腐蚀的效果。
进一步的，还包括固定于护套1外侧的无线发射模块，所述无线发射模块连接于电路板11。本大力值数字式力传感器测量到的结果通过无线发射模块进行信号的无线发射传输，有效提高了信号的传输距离。
弹性体2采用如下步骤制成：a)弹性体2经车床车削成型后，进入氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠及水按照1:2:0.3:5的比例配成的碱性溶液中浸泡20-30分钟，通过碱性溶液将弹性体2在机加工时附着的油脂洗净。b)将经碱性溶液浸泡后的弹性体2放入浓度为70%-85%的硫酸溶液中浸泡5-8分钟，通过硫酸溶液将弹性体2上的锈迹清洗干净，防治后续电镀时金属层附着不牢固的情况发生。c)利用喷砂机对弹性体2的外表面进行喷砂，弹性体2的外表面形成若干15-20μm的凹陷槽；d)将40CrNiMoA材料粉末与硅胶的混合液填充至凹陷槽中，硅胶其具备粘性可以防止40CrNiMoA材料粉末从凹陷槽中溢出。e)将弹性体2外表面电镀形成材料为40CrNiMoA的金属层；f) 将弹性体2加热至1200℃，并保温2-3分钟，此时凹陷槽内的40CrNiMoA材料粉末融化后与外表电镀形成的40CrNiMoA金属层融合为一体。g)将加热后的弹性体2冷却至自然温度，此时整个弹性体2外层的40CrNiMoA金属由于有多个置于凹陷槽中的金属点，因此整个金属层不易脱落，从而提高了整个弹性体2的抗腐蚀的耐用性。
Claims (7)
1.一种大力值数字式力传感器，其特征在于，包括：呈筒体结构且上下端开口的护套（1）、竖直位于护套（1）中的弹性体（2）、密封焊接于护套（1）下端开口处的底座板Ⅰ（15）、分别固定于护套（1）两侧的接线盒Ⅰ（6）及接线盒Ⅱ（9）、设置于接线盒Ⅰ（6）中的电池盒（8）以及设置于接线盒Ⅱ（9）中的设有惠斯通电桥的电路板（11），所述弹性体（2）顶端位于护套（1）上端开口的外侧且其成球头结构，弹性体（2）的下端通过螺纹紧固件与底座板Ⅰ（15）相连，所述弹性体（2）与护套（1）的上端开口处通过密封装置密封连接，位于护套（1）内的弹性体（2）上沿轴向设置有长孔（3），应变计（4）以及半导体补偿片（5）设置于长孔（3）中，位于护套（1）内的弹性体（2）上安装有温感电阻器（12），所述，应变计（4）、半导体补偿片（5）、温感电阻器（12）以及电池盒（8）均连接于电路板（11），所述接线盒Ⅰ（6）外端开口处固定有盖板Ⅰ（7），所述接线盒Ⅱ（9）的外端开口处固定有盖板Ⅱ（10）。
2.根据权利要求1所述的大力值数字式力传感器，其特征在于：所述密封装置包括圆环形的膜片（13）和膜环（14），所述弹性体（2）插装于膜环（14）的内孔且相互密封焊接固定，所述膜环（14）插装于膜片（13）的内孔中且相互密封焊接固定，所述膜环（14）的外圈插装于护套（1）的上端开口处，且相互密封焊接固定。
3.根据权利要求1所述的大力值数字式力传感器，其特征在于：还包括设置于弹性体（2）与底座板Ⅰ（15）之间的底座板Ⅱ（16），所述底座板Ⅱ（16）的下端面与底座板Ⅰ（15）的上端面相接触，所述底座板Ⅱ（16）的上端面与弹性体（2）的下端面相接触，所述底座板Ⅱ（16）的抗压强度小于底座板Ⅰ（15）的抗压强度。
4.根据权利要求1或2或3所述的大力值数字式力传感器，其特征在于：所述接线盒Ⅰ（6）与护套（1）、接线盒Ⅱ（9）与护套（1）的连接部位、接线盒Ⅰ（6）与盖板Ⅰ（7）的连接部位以及接线盒Ⅱ（9）与盖板Ⅱ（10）的连接部位分别设置有密封胶层。
5.根据权利要求4所述的大力值数字式力传感器，其特征在于：所述长孔（3）内设置有涂胶层，所述涂胶层将应变计（4）以及半导体补偿片（5）密封于长孔（3）内。
6.根据权利要求4所述的大力值数字式力传感器，其特征在于：还包括固定于护套（1）外侧的无线发射模块，所述无线发射模块连接于电路板（11）。
7.根据权利要求3所述的大力值数字式力传感器，其特征在于：所述底座板Ⅱ（16）与弹性体（2）及护套（1）内壁之间设置有涂胶层（17）。
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